Energetische Nutzung von Miscanthus (von Dr. W. Oest)

Heiztechnik - Firmen

Die energetische Nutzung vom Miscanthus gliedert sich in folgende vier Bereiche:

1. Gebäudeheizung/Niedertemperaturwärmeerzeugung
2. Strom- und Hochtemperaturwärmerzeugung
3. Kraftstofferzeugung
4. Gaserzeugung

Im Folgenden finden Sie zu diesen Themenblöcken Kurzbeschreibungen sowie Links zu Webseiten mit weiterführenden Erläuterungen und Beschreibungen.

1. Gebäudeheizung/Niedertemperaturwärmeerzeugung

Hierunter wird die Erzeugung von Warmwasser bis 100 oC , Warmluft und Strahlungswärme verstanden. Unterschieden wird zwischen
1.1 Miscanthus als Häckselgut und
1.2 Miscanthus in gepresster Form

1.1 Miscanthus als Häckselgut

Es gibt bisher erst wenige Hersteller von Heizkesseln, die geeignet sind, Miscanthushäcksel zu verbrennen, ohne dass Schäden am Kessel entstehen. Problematisch ist der niedrige Schmelzpunkt der Asche und die Gefahr der Korrosion im Kessel sowie von Störungen in der Brennstoffzufuhr.
Firmen, die Heizkessel anbieten

1.2 Miscanthus in gepresster Form

obwohl bereits das Häckselgut des Miscanthus zur Verbrennung geeignet ist, bietet es sich an, Miscanthus in gepresster Form zu nutzen.

1.2.1 Miscanthus-Briketts

Da Miscanthus-Häcksel sehr voluminös sind und in geernteter Form nur sehr aufwändig transportiert, gelagert und energetisch verwendet werden können, löst ein einfacher Vorgang alle Probleme: die Brikettierung der Häcksel.

Durch das Brikettieren wird das Volumen um ca. das Vierfache reduziert, was mit einer Erhöhung der Energiedichte korreliert: 2,1 Kilogramm Miscanthus weist die gleiche Energieeffizienz auf wie ein Liter Heizöl. Weitere Vorteile der Volumenreduktion sind Kosteneinsparungen bei der Lagerung und dem Transport, die Erhöhung der Sicherheit durch Staubbindung sowie eine Reduktion der Staubemission in Heizungsanlagen. Die Brikettierung ist insbesondere für Betreiber von Hackschnitzelheizungsanlagen eine gute Option, da die Miscanthus-Häcksel ohne weitere Nachzerkleinerung und ohne Zugabe von Bindemitteln direkt verpresst werden können. Für die Vermarktung des Endproduktes an private Haushalte hat die Pelletierung (siehe unten) Vorteile.

Je nach gewünschter Leistung haben sich verschiedene Typen der Brikettierpressen-Baureihe MPP der Firma mütek in der Praxis bewährt. Diese Pressen sind speziell auf Miscanthus ausgelegt, um mit geringem Energieaufwand die Energiedichte und die Verbrennungseigenschaften des Rohstoffs zu verbessern.

Pro Stunde können 40 bis 450 Kilogramm Miscanthus (je nach Maschinentyp) zu Briketts im Durchmesser von 50 bis 80 Millimeter hergestellt werden. Die Maschinen liegen preislich zwischen 10.845,00 und 44.850,00 Euro.

Zwei Beispiele aus der Praxis:

Anton Sieverdingbeck aus Velen-Ramsdorf betreibt die Brikettierpresse MPP 280. Mit Miscanthus erzielt er mit dieser Presse eine Leistung von ca. 200 kg/h bei einem 80 mm Brikettdurchmesser. Bei einer Stromaufnahme im Dauerbetrieb von ca. 5,5 kW/h und einem Kilowattpreis von derzeit ca. 0,21 € fallen 5,80 € Stromkosten für die Herstellung von 1 Tonne Miscanthus an. Die Investitionskosten für die MPP 280 liegen bei ca. 30.000,00 €.

Mit einer Gesamtanlage von mütek entstaubt, kompaktiert und verpackt die Miscanthus Gersprenztal GmbH Elefantengras in Plastiktüten und vermarktet dieses als Tier-Einstreu. Der Miscanthus-Staub wird über einen Entstauber in die Brikettierpresse MPP 60 gesaugt und zu 50 mm Briketts verarbeitet. Auf diese Weise kann aus dem Abfallprodukt Staub ein Wertstoff in Form von Briketts erzeugt werden. Die Leistung der MPP 60 mit Miscanthus-Häcksel liegt bei ca. 50 kg/h. Bei einer Stromaufnahme im Dauerbetrieb von ca. 3 kW/h und einem Kilowattpreis von 0,21 € fallen bei der MPP 60 Stromkosten für 1 Tonne Miscanthus-Briketts in Höhe von 12,60 € an.

 

Brikettpressenhersteller: www.muetek.eu
Brikettvertrieb: www.sieverdingbeck-agrar.de
  www.miscanthus-gersprenztal.de/verwertung.html

1.2.2 Miscanthus Pellets

Holz-Pellets werden z. Zt. stark empfohlen, wenn Unabhängigkeit von Öl-, Gas- und Stromlieferungen angestrebt wird. Die Zahl der Pelletkessel steigt mit großen Wachstumsraten von Jahr zu Jahr. Österreich hat hier eine Vorreiterfunktion. Holzpellets sind ein Nebenprodukt der holzverarbeitenden Industrie und werden aus Holz- und Hobelspänen bestimmter Güte hergestellt. Das Volumen dieser Quelle ist begrenzt und in Deutschland 2006 zu etwa 50 % ausgeschöpft. Bereits jetzt steigen die Preise von Holzspänen für Pellets beträchtlich. In ca. 2 - 3 Jahren wird das Angebot knapp werden und entsprechend werden die Preise für Pellets steigen.

Miscanthushäcksel könnte einen geeigneten Ersatz darstellen mit nahezu unbegrenztem Mengenvolumen.

Die Firma Hargassner, Österreich, arbeitet an geeigneten Kesseln für Miscanthushäcksel, führt Versuche mit zugehörigen Pelletpressen durch und dürfte auf diesem Sektor die meisten Erfahrungen haben.

2. Stromerzeugung Hochtemperaturwärme und Vergasung

Die Stromerzeugung aus Miscanthus kann vorrangig über die Stufen Hochtemperaturwämeerzeugung, Dampferzeugung, Dampfturbine und Generator erfolgen. Die Hochtemperaturwärme wird durch einen Verbrennungsprozeß möglicherweise auch als Nebenprodukt einer Vergasung erzeugt und kann außer zur Dampferzeugung natürlich auch für andere industrielle Prozesse genutzt werden. Indirekt ist die Stromerzeugung natürlich auch aus Kraftstoffen oder Biogas, welche aus Miscanthushäcksel erzeugt wurden möglich (s.3. und 4.)

Die Stromerzeugung aus Miscanthusstroh wird weltweit bisher noch nicht praktiziert. Innovativ wäre hier der auf Miscanthus abgestimmte Verbrennungs- bzw Vergasungsprozess, der Rest ist Stand der Technik. Als naheliegende verwandte Techniken können Strohfeuerungen( insbesondere Ballenfeuerungen) und Holzfeuerungsanlagen einen Ansatz bieten.
Zu Hackschnitzelfeuerungen:
www.energieberatung.ibs-hlk.de/planhack_feuersys.htm Gute Übersicht
www.carmen-ev.de/dt/energie/bezugsquellen/hack_g1mw.html
www.seeger.ag/projekte_baust.shtml

Insbesondere dürfte aber die Wirbelschichttechnik für die Dampferzeugung aus Miscanthushäcksel Vorteile bringen, weil hier die Kesseltemperaturen niedrig gehalten werden können, so dass es nicht zur Schmelze der Asche mit Anbackungen und Schlackebildung kommt. Auch von der Stückigkeit her passt Miscanthushäcksel eher zur Wirbelschichtfeuerung als zu Rostfeuerungen. Bei letzteren besteht die Gefahr, dass Teile des Brenngutes unverbrannt aus dem Brennbereich ausgeblasen werden oder als Rostdurchfall verloren gehen.
Zur Wirbelschichtfeuerung:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wirbelschicht


3. Kraftstofferzeugung aus Miscanthus

Für die Kraftstofferzeugung aus Miscanthushäcksel bietet sich z. Zt. nur der Weg über die Erzeugung von Synthesegas und die anschließende Synthetisierung des Kraftstoffes an. Dieser Weg befindet sich noch in der Entwicklung. Das Potential je ha landwirtschaftlicher Nutzfläche ist hierbei wesentlich größer als bei Rapsöl/Biodiesel- oder Bioethanolerzeugung. An der Verfahrensentwicklung arbeiten viele Institute und Firmen. Am weitesten ist das Konsortium Choren/Shell, das beabsichtigt, ab ca 2010 die ersten Großanlagen mit je 1 Mio. t Biomasseeinsatz und 0,2 Mio. t Kraftstoffausstoß in Lubmin und ggf. Dormagen sowie Uelzen in Betrieb zu nehmen. Auch wenn diese Anlagen zunächst auf Holz als Einsatzstoff ausgerichtet sind, wird schon heute erwartet, dass auch Miscanthushäcksel als Rohstoff geeignet ist.

Ein anderes stärker dezentral ausgerichtetes Verfahren, welches von vornherein auf Stroh als Einsatzstoff ausgerichtet ist, wird am Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt. Auch am Cutec-Institut in Clausthal-Zellerfeld wurde bereits in einem Wirbelschicht-Vergaser Getreidestroh erfolgreich in Synthesegas umgewandelt.

Bei den thermochemischen Verfahren ist immer die Zwischenstufe Synthesegas erforderlich. Vom Synthesegas sind verschiedene weitere Produkte herstellbar. Neben der Kraftstoffsynthese nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren, bei der auch mehr oder weniger Wachse anfallen, kann das Gas auch zu Methan oder Methanol synthetisiert werden. Dieser Weg wird an der Bergakademie Freiberg, Sachsen , am Institut für verfolgt.

Weiterhin gibt es Verfahren der katalytischen Niedertemperaturkonvertierung bei der auf einem Temperaturniveau von etwa 300 °C unter Zusatz von Katalysatoren die Biomassemoleküle zerlegt werden.
www.clyviatec.de

Neben den thermochemischen Verfahren wurde von der Firma Iogen in Ottawa, Kanada, ein biochemisches Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Getreidestroh entwickelt, an dem die Firmen Shell und Volkswagen sehr interessiert sind. Bei diesem Verfahren wird die Zellulose enzymatisch aufgeschlossen und dann durch Vergärung Ethanol erzeugt.

www.iogen.ca
http://www.iogen.ca/news_events/iogen_news/2004_05_28.html

http://www.finanznachrichten.de/nachrichten-2006-01/artikel-5825620.asp

4. Biogaserzeugung aus Miscanthus

Über die Nutzung von Miscanthushäcksel zur Biogaserzeugung ist bisher wenig bekannt. Grundsätzlich ist Lignocellulose, aus der Miscanthushäcksel überwiegend besteht, für Vergärungsprozesse weniger geeignet. Es gibt aber Meldungen von einzelnen Betreibern von Biogasanlagen, die eine gute Ausbeute aus Miscanthushäcksel erzielt haben. Wer weiß Näheres?