Forschungs- und Innovationsprojekt Quasi-Holz
Qualitätssicherungsmaßnahmen für weniger mineralische Verschmutzung & besserer Verbrennung von Holzbrennstoffen

Verunreinigtes Holz mit Zollstock
Eine Kontamination von Brennstoffen mit Mineralboden während der Bereitstellung führt zu Störungen an der Feuerungsanlage, erhöhten Staubemissionen, einem erhöhten Ascheanfall und zur Schlackebildung. Sie hat somit Konflikte zwischen Anlagenbetreiber und Brennstofflieferant zur Folge. Hinzu kommen ökonomische Nachteile bei der Brennstoffabrechnung nach Masse, da hierbei, je nach Verschmutzungsgrad, größere Mengen an nicht brennbarem Material pro Lieferung bezahlt werden müssen.

Ziel

Die übergeordneten Ziele des Forschungsprojektes „Qualitätssicherungsmaßnahmen zur Verringerung der mineralischen Verschmutzung und zur Verbesserung der Verbrennung von Holzbrennstoffen“ (Quasi-Holz) sind:

  • Entwicklung und Integration einer praxistauglichen Qualitätssicherungsmethode zur Identifizierung von mit Mineralboden verunreinigten Brennstoffproben bei der Warenannahme in der Praxis
  • Bewertung kritischer Verschmutzungsgrade von biogenen Festbrennstoffen (Hackschnitzel, Pellets) auf die Verbrennung und den damit verbundenen Schäden an der Anlage (Schlackebildungen, Korrosion) sowie deren Umweltwirkungen (z.B. Emissionen)
Aus den Ergebnissen lassen sich zahlreiche Empfehlungen für die Praxis ableiten, sowohl hinsichtlich der Einhaltung der strengen Grenzwerte der Stufe 2 der 1. BImSchV als auch hinsichtlich des betrieblichen Qualitätsmanagements. Daneben werden grundlegende Erkenntnisse zur verbrennungstechnischen Wirkung von mit Mineralboden verschmutzten Holzbrennstoffen erarbeitet.
Das Projekt ermöglicht es, bestehende Prozessketten bei der Hackschnitzelbereitstellung zu optimieren und so den Hackschnitzelmarkt weiter zu professionalisieren. Durch die Verbesserung der Prozesskette und durch die daraus folgende flächendeckend sauberere und störungsärmere Verbrennung kann die regionale Nutzung holziger Biomasse weiter gefördert und in ihrer Verbreitung eine höhere Akzeptanz gewinnen.

Methoden

Im Forschungsvorhaben basieren insbesondere auf vorangegangenen Projektergebnissen zur Brennstoffqualität und Brennstoffindizes, zur Qualitätssicherung von Holzbrennstoffen und zum Verbrennungsverhalten der Brennstoffe in Kleinfeuerungsanlagen. Die Untersuchungen finden in Labor- und in Feldversuchen sowie am Feuerungsprüfstand des TFZ statt. Sie umfassen folgende Arbeitspakete:

  • Analysen zur Allgemeingültigkeit der im Projekt „Optimale Bereitstellungsverfahren für Holzhackschnitzel“ entwickelten Brennstoffindizes zur Beurteilung der mineralischen Verschmutzung von Holzbrennstoffen
  • Vergleich von Labormethoden zur Quantifizierung von mineralischer Verschmutzung
  • Modellierung der Verschmutzungsgrade mittels der Brennstoffindizes
  • Anwendung der Indizes in der Qualitätssicherung, z.B. mittels mobiler RFA
  • Einfluss des Mineralbodens auf die Verbrennung

Vorbereitung und Vorversuche zur Evaluierung der Methode

Mit Mineralboden verschmutztes Energierundholz vor der Reinigung

Verunreinigtes Energierundholz

Energierundholz während der Vorreinigung mittels einem Hochdruckreiniger

Reinigen des Energierundholzes

Ausgewähter Mineralboden, welcher zur Verschmutzung der Brennstoffe dient

Mineralboden

Zerkleinerung des trockenen Boden mittels einer Walze

Trockener Boden für die Beimischung

Holzspänen und Mineralboden werden gemischt

Mischung von Holzspänen und Mineralboden

Beimischung von gemahlenen Mineralboden zu Holzspänen

Beimischung

Pelletpresse des TFZ im Einsatz

Pelletpresse

Offene Pelletpresse mit sicherbarem Kollerkopf und Flachmatritze

Kollerkopf

Pelletpresse des TFZ während des Pelletiervorgangs

Pelletiervorgang

Fichtenpellets

Fichtenpellets

Ergebnisse

Veröffentlichungen nach Abschluss des Projektes

Weiterführende Literatur

Cover TFZ-Bericht 46: Qualität von Holzhackschnitzeln in Bayern
TFZ-Bericht 46 - Qualität von Holzhackschnitzeln in Bayern
Wissenschaftler des TFZ und der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) haben im TFZ-Bericht 46 gemeinsam untersucht, wie sich die chemische Brennstoffqualität von Hackschnitzeln optimieren lässt.
Das Forscherteam führte umfangreiche Analysen zur inhaltsstofflichen Brennstoffqualität bayerischer Holzhackschnitzel durch. Die Brennstoffe stammten aus Waldrestholz und Energierundholz, aber auch aus Holz von Kurzumtriebsplantagen, der Pflege von Verkehrswegen und Stromtrassen und Holz aus dem Siedlungsbereich. Die chemische Zusammensetzung der Hackschnitzel unterschied sich dabei zwischen den Sortimenten, aber auch aufgrund von Verschmutzung der Brennstoffe mit Mineralboden, Streusalz, Dünger oder sonstigen Verunreinigungen. Mithilfe von Brennstoffindizes, die zum Teil neu entwickelt wurden, konnten die Verschmutzung der Brennstoffe, aber auch mögliche Probleme bei der Verbrennung, z. B. Emissionen, Korrosion oder die Bildung von Schlacke abgeschätzt werden. Die Ergebnisse sind insgesamt erfreulich, denn bei sauberer Arbeitsweise können Waldhackschnitzel als unkritisch für die Verbrennung in häuslichen Kesseln bewertet werden.

TFZ-Bericht 46: Qualität von Holzhackschnitzeln in Bayern pdf 3,5 MB

Cover des TFZ-Bericht 56: Hackschnitzel aus dem Kurzumtrieb
TFZ-Bericht 56 - Holzhackschnitzel aus dem Kurzumtrieb
Die Brennstoffqualität von Hackschnitzeln aus dem Kurzumtrieb (KUP) unterscheidet sich häufig von der Qualität von Waldhackschnitzeln. Auffällig ist – neben einem typischerweise für KUP erhöhten Wassergehalt – der hohe Gehalt an verbrennungskritischen Inhaltsstoffen, v. a. an Stickstoff, Cadmium, Zink und an aerosolbildenden Elementen. Frische KUP-Hackschnitzel lassen insgesamt höhere Emissionen an CO, NOX und Gesamtstaub bei der Verbrennung in kleinen Feuerungen erwarten. Der TFZ-Bericht 56 beinhaltet Ergebnisse zu der Brennstoffqualität und dem Verbrennungsverhalten von KUP-Hackschnitzeln aus zwei über das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten geförderten Projekten. Die Analysen erfolgten über das Technologie- und Förderzentrum (TFZ) sowie über die Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF). Fokus der Arbeiten lag dabei u. a. auf dem Einfluss der Baumart, der Umtriebszeit, der Aufbereitung oder des Standorts. Verbrennungsversuche fanden sowohl in einer handelsüblichen Kleinfeuerungsanlage (50 kW) sowie im 1,3 MW Heizwerk des TFZ statt.

TFZ-Bericht 56: Holzhackschnitzel aus dem Kurzumtrieb pdf 6,1 MB

Projektinformation
Projekttitel: Qualitätssicherungsmaßnahmen zur Verringerung der mineralischen Verschmutzung und zur Verbesserung der Verbrennung von Holzbrennstoffen (Quasi-Holz)
Projektleitung: Dr. Daniel Kuptz
Projektbearbeiterin: Carina Kuchler
Projektlaufzeit: 01.09.2017–29.02.2020
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Projektpartner: LWF – Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft
Förderkennzeichen: KS/17/03