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Wachsen, hacken, heizen

13.08.2015 | Text: Yvonne Wirth | Bilder: Doppstadt, Holzenergie Wegscheid, Azurit Gruppe, © natros/Fotolia.com

Holzhacker, Doppstadt, Holzenergie Wegscheid, Holzgas

Jedes Jahr werden weltweit bis zu 13 Millionen Hektar Wald gerodet. Doch die Bäume werden nicht nur zu Papier, Böden oder Möbeln verarbeitet. Denn immer öfter sorgen Holzvergasungsanlagen für Strom und Wärme im Eigenheim, in ganzen Industriegebieten, öffentlichen Gebäuden wie Schwimmbädern oder in Wohngebieten. Aber wie wird aus einem Baum im Wald das nützliche Holzgas gewonnen? Der dafür benötigte Hacker sowie die Holzvergasungsanlage selbst werden dabei mit MTU-Motoren angetrieben.

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Das Altenheim in Rohr in Niederbayern
setzt auf Wärme durch Holzenergie.

Knapp 15.000 Einwohner wohnen in dem beschaulichen Örtchen Rohr in Niederbayern. Um weg von fossilen Brennstoffen zu kommen, werden seit dem Jahr 2014 ein Altenheim, mehrere Wohngebäude und die Gewerbebetriebe mit Holzgas versorgt. „Wir haben uns für eine Holzverstromungsanlage entschieden, um unabhängig von Kernenergie und fossilen Brennstoffen zu sein. Mit der Anlage können wir einen aktiven Beitrag zum Klima- und Ressourcenschutz leisten und tragen zur Energiewende bei“, erklärt Heinz Högl, Eigentümer der Firma Högl, die für die Realisierung in Rohr verantwortlich war und Betreiber des Blockheizkraftwerk. Auch das deutsche Bundesland Bayern unterstützt das Projekt mit einer Förderung durch das Programm Biosol. Bis die erneuerbare Energie allerdings genutzt werden kann, sind einige Prozesse notwendig.

Baumabfall als Hackschnitzel
Für die Holzgasanlage in Rohr wird nur Holz verwendet, das nicht anderweitig verwendet werden kann – also zum Beispiel Waldrestholz. Um aus dem vorhandenen Holz kleine, möglichst gleichförmige Hackschnitzel zu hacken, kommt zum Beispiel der mobile Exakthacker DH 811 vom deutschen Maschinenbauer für Umwelttechnik, Doppstadt, zum Einsatz. Schüttelnd und rüttelnd hackt dieser aus den Baumstämmen die benötigten quadratischen Hackschnitzel. Dafür wird in der Regel zwischen zwei und sechs Meter langes Stammholz verwendet. Allerdings ist der DH 811 ein echter Saubermacher, denn er verarbeitet ebenso das Restholz, welches beim Fällen oder Verladen der Bäume auf dem moosigen Waldgrund liegen bleibt. Dabei unterscheidet der Hacker nicht zwischen weichem Holz wie Kiefer und Fichte oder eher härterem Holz wie Buche und Eiche. „Unser Hacker frisst einfach alles. Das bedeutet: jedes Holz mit einer Stammstärke von bis zu 80 Zentimeter, was in etwa der Tiefe einer Standard-Schreibtischplatte entspricht“, erklärt Daniel Kürten, Produktmanager bei Doppstadt.

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Die beste Energieausbeute liefern Hackschnitzel
mit einer Restfeuchte von unter 10 Prozent.

Kein typisches Schnitzel
Wer bei Hackschnitzeln als Erstes an eine Mahlzeit denkt, liegt falsch. Gemeint sind die mit Schneidwerkzeugen zerkleinerten, meist quadratischen Holzstücke. Um das begehrte Brennmaterial zu produzieren, wartet der mobile Exakthacker etwas außerhalb des Waldes. Hier lädt ein Kran mit seinem großen Greifarm das vorgeschnittene Holz auf den Einzugstisch des Hackers. Knarrend und knacksend zieht eine Einzugswalze das Holz in den geschlossenen Innenraum der Maschine. Dann geht alles ganz schnell. Der Stamm triff im Inneren auf die Hacktrommel. Fünf rasiermesserscharfe Hackmesser ragen mit einem Messervorstand von viereinhalb Zentimetern aus der Hacktrommel heraus. Von oben hacken die Messer kleine Schnitzel aus dem Stamm. „Das muss man sich wie beim Holzspalten mit einer Axt vorstellen“, erklärt Daniel Kürten. „Die Messer hacken immer wieder kleine Hackschnitzel aus dem Stamm heraus. Durch den großen Messervor- stand haben die Hackschnitzel genau die richtige Größe zur späteren Verbrennung in einer Holzgasanlage.“ Für die Holzgasanlage in Rohr werden Hackschnitzel mit einer Kantenlänge von 50 bis 70 Millimetern benötigt. Das Besondere: Durch die geschlossene Hacktrommel werden die Hackschnitzel besonders exakt geschnitten. Eine Hacktasche sammelt die abgehackten Holzteile, bevor sie mit voller Wucht durch die Rotation des Hackrotors in der Maschine durch einen Siebkorb geschossen werden. Der Siebkorb sorgt dabei für ein gleichmäßiges Hackgut. „Wir haben wenig Ausreißer und Überlängen“, erklärt Daniel Kürten. „Daher haben unsere Hacker übrigens auch den Namen Doppstadt Exakthacker.“ Vom Siebkorb aus gelangen die Holzteilchen über ein Schneckendeck in den Auswerfer der Maschine. Der schwarze, von außen sichtbare Auswerferarm wirft die fertigen Hackschnitzel direkt in einen bereitstehenden Lastwagen oder in ein angrenzendes Hackgutlager. Pro Stunde pustet die Maschine so bis zu 300 Kubikmeter locker aufgeschüttetes Hackgut aus. Dies entspricht einem Würfel mit sieben Metern Kantenlänge.

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100 Prozent Motorpower
„Der Durchsatz vom Holzhacker ist auch ein Ergebnis des starken MTU-Motors. Nur durch den hohen Drehmomentverlauf ist eine solche Austrittsmenge möglich“, erklärt Daniel Kürten. Für die starke Motorpower sorgt ein MTU-Motor vom Typ 6R 1300 mit 390 Kilowatt. Vor allem der Drehmomentverlauf und die hohe Massenträgheit der Hackschnitzel-Trommel müssen gut zusammenpassen, um den Rotor in seiner Hauptarbeitsgeschwindigkeit zu halten. „Je stabiler die Drehzahl der Hackschnitzeltrommel ist, umso gleichmäßiger wird das Hackgut“, erklärt Kürten. Der Doppstadt DH 811 ist mit 19 Tonnen Gewicht ein echtes Schwergewicht unter den Hackern und für den Dauerbetrieb ausgelegt. Sogar mehrere Heizkraftwerke können gleichzeitig damit bedient werden. Die starke Maschine besteht komplett aus Stahl und ist extrem robust. „Dies ist auch der Grund, warum wir einen MTU-Motor gewählt haben“, sagt Daniel Kürten. „Es gibt kaum Dieselmotoren, die dieser Dauerbelastung unter Volllast wirklich standhalten und dabei die Abgasnorm EU-Stufe IV einhalten.“

Vom Schnitzel zum Gas
Mittlerweile ist der Lastwagen voll beladen mit Hackschnitzeln. Aber wie wird aus den gewonnenen Hackschnitzeln die Wärme und Strom für Rohr? Die Antwort: durch Holzgas. Gewonnen wird dieses Gas mit einer Holzvergasungsanlage der Firma Holzenergie Wegscheid. „Wir produzieren Strom und Wärme aus der Natur“, erklärt Walter Schätzl, Geschäftsführer der Firma Wegscheid. Dafür werden Hackschnitzel aus Fichte, Tanne, Kiefer, Buche oder Birke verwendet. „Unsere Maschinen brauchen keine weiteren Zusatzbrennstoffe und verbrennen dadurch keine schädlichen Stoffe“, erklärt Schätzl. Gerade fährt der Lastwagen auf den Hof. Die bestellten Hackschnitzel sind da. Noch sind sie zu feucht, um direkt in der Anlage verbrannt zu werden. „Die beste Energieausbeute liefern Hackschnitzel mit einer Restfeuchte von höchstens 10 Prozent“, erklärt Schätzl weiter. Jede Anlage hat ihre eigenen Trocknungsboxen oder Schubbodentrockner direkt vor Ort. Pro Jahr werden hier in etwa 5.430 Kubikmeter Hackschnitzel verbraucht.

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Sind die Hackschnitzel trocken genug, müssen sie auf ihrem Weg in das Innere der Holzvergasungsanlage erst einmal durch eine Siebanlage. Um eine optimale Verbrennung zu erreichen, sollten die Hackschnitzel möglichst homogen sein. Dazu filtert die Sortieranlage die zu kleinen oder großen Hackschnitzel aus. Diese können anschließend gewinnbringend weiterverkauft werden. Die Hackschnitzel mit einer Kantenlänge zwischen 50 und 70 Millimetern gelangen in den Vorratsbehälter. „In Rohr wird permanent Wärme zum Beispiel für die Warmwasserversorgung benötigt“, sagt Heinz Högl. „Daher laufen unsere Maschinen oft im Dauerbetrieb über 8.000 Stunden im Jahr. Ein großer Pufferspeicher stellt die kontinuierliche Wärmeversorgung sicher.“ Der erzeugte Strom wird übrigens nicht selbst genutzt, sondern in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

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Die MTU-Baureihe 400 wird anschließend
mit dem erzeugten Holzgas betrieben.

Der Holzvergaser
Die Hackschnitzel wandern mittlerweile über den Vorratsspeicher weiter in den Holzvergaser. „Mit unseren Vergasern erzeugen wir ein fast teerfreies Gas“, erklärt Schätzl. „Umweltschutz und höchste Zuverlässigkeit spielen für uns eine große Rolle. Dies können wir nur so erreichen.“ Im Holzvergaser wird aus den Hackschnitzeln das Holzgas gewonnen. Dazu wird das Entstehen einer Flamme durch den Entzug von Sauerstoff unterbunden, wodurch die Hackschnitzel vor sich hin schwelen und das Holzgas entsteht. Dieses kann anschließend abgesaugt und nach der Filterung und Kühlung des Gases, in einem Gasmotor der Baureihe 400 von MTU Onsite Energy, verbrannt werden. Dieser ist mit einem Generator zur Stromerzeugung verbunden. Die entstandene Abwärme des Motors kann zum Beispiel für Trocknungsprozesse verwendet werden. „Durch die Nutzung der Bewegungsenergie und der Abwärme wird ein Wirkungsgrad von 82 Prozent erreicht“, erklärt Schätzl. Ein speziell entwickelter Filter der Firma Wegscheid sorgt dafür, dass der Motor durch das Holzgas nicht verunreinigt wird. Dieser reinigt das Gas trocken. Die erzeugte Wärme geht so direkt in das angeschlossene Wärmenetz, der erzeugte Strom wird eingespeist. „Wir haben uns vor allem wegen der guten Qualität und dem internationalen Kundenservice für MTU entschieden“, so Walter Schätzl. „Für uns war MTU bisher immer ein zuverlässiger Partner.“

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In einer Holzgasanlage werden Hackschnitzel zu Holzgas
verbrannt. Im Bild zu sehen ist der Holzvergaser, in dem das Gas entsteht.

Fossil vs. erneuerbar
In Rohr wird ein hoher Wirkungsgrad von 32 Prozent elektrisch und 50 Prozent thermischer Energie erreicht. Das entspricht bis zu 230 Kilowatt thermischer Leistung und 125 Kilowatt elektrischer Leistung pro Stunde. Nicht nur die Herstellung von Holzgas selbst ist sehr nachhaltig. „Auch die Brennstoffbereitstellung ist sehr umweltfreundlich. Denn der Kreislauf vom Wachsen der Bäume, über das Hacken bis zum Verbrennen ist ein geschlossener, CO2 -neutraler Kreislauf“, sagt Walter Schätzl. Dies merkt man auch am Absatz von Holzgasanlagen. Denn immer öfter setzen kleine Nahwärmenetze oder Industrien auf erneuerbare Energien wie Holzgas.

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