Additiveinsatz zur Verbesserung der feuerungstechnischen Eigenschaften landwirtschaftlicher Biomasse-Brennstoffe

Die Nachfrage nach holzartigen Brennstoffen für Biomasseheizwerke und KWK-Anlagen ist ständig im Steigen, woraus auch ein entsprechender Preisanstieg resultiert, der für manchen Heizwerksbe­treiber bereits bedrohliche wirtschaftliche Ausmaße annimmt und den weiteren Ausbau von Biomasse-Heizwerken bremst. Eine mögliche Alternative ist der Einsatz von landwirtschaftlichen Brennstoffen (Stroh, Miscanthus, Gräser, etc.), der aber in konventionellen Holzfeuerungen auf Grund aschebedingter Probleme (Schlacken-, Depositions- und Feinstaubbildung, Korrosion) sowie ihrer geringeren Energiedichte nicht möglich ist.

Der Einsatz von Additiven zur Verbesserung der Brennstoffqualität stellt eine attraktive Option dar, landwirtschaftliche Brennstoffe auch in Holzfeuerungsanlagen einsetzbar zu machen. Da mit der Verbren­nung dieser Sortimente auch erhöhte NO_x-, HCl- und SO_x-Emissio­nen verbunden sein können, ist diese Strategie ausschließlich für mittelgroße Anlagen und Großanlagen zu empfehlen, da nur dort entsprechende Emissionsminderungspotentiale durch Sekundärmaßnahmen vorhanden sind. In Grundlagenstudien konnte bereits nachgewiesen werden, dass durch die Beimischung von wenigen Prozenten an z.B. Alumosilikaten wie Kaolin oder Ca-Verbindungen (CaO, CaCO₃) die Aschenschmelztemperaturen von z.B. Stroh um mehr als 500°C angehoben und im Fall von Kaolin die K-Freisetzung vom Brennstoff in die Gasphase (wichtig bei der Bildung von Feinstaubemissionen und Depositionen auf den Wärmetauscheroberflächen), deutlich reduziert werden konnte. Die Studien zeigten aber auch, dass es wichtig ist, dass die Interaktionen zwischen Additiv und Brennstoff über genaue wissenschaftliche Analysen detailliert in eine Additivierungsstrategie einfließen. Genau bei diesem Punkt setzte das Projekt an.

Zielsetzung war es, einen Additivierungsleitfaden für landwirtschaftliche Biomassesortimente zu entwickeln, der es dem Nutzer erlaubt, auf Basis einer wissenschaftlich fundierten Strategie für einen spezifischen Brennstoff das am besten geeignete Additiv zu finden, mit dem aschebedingte Probleme unter wirtschaftlich günstigen Randbedingungen reduziert werden. Des Weiteren sollten die additivierten Brennstoffe verdichtet (pelletiert oder brikettiert) werden, um ihre Energiedichte anzuheben und der Entmischung von Biomasse-Rohstoff und Additiv vorzubeugen. Es sollte somit ein Einsatz in konventionellen Holzfeuerungsanlagen ermöglicht werden. Dazu bediente sich das Projekt innovativer Werkzeuge wie zum Beispiel Brennstoffindexen zur feuerungstechnischen Evaluierung von Brennstoffen sowie thermodynamischen Hochtemperatur-Gleichgewichtsberechnungen zur Prognose des Verhaltens aschebildender Elemente. Diese Werkzeuge wurden in den vergangenen Jahren für Biomasse-Brennstoffe erarbeitet und im Rahmen des Projektes zur Anwendung für Brennstoff-Additiv-Mischungen weiterentwickelt. Die gewählte Strategie wurde an Hand von Testläufen mit additivierten Brennstoffen an einer konventionellen Holzfeuerungsanlage (180 kW Pilotanlage) validiert und demonstriert. Die nach dem Leitfaden erzeugten additivierten verdichteten landwirtschaftlichen Brennstoffe lagen abhängig vom Rohstoff im Bereich des Marktpreises vergleichbarer holzartiger Brennstoffe, teilweise auch darunter, und sind somit wirtschaftlich entsprechend attraktiv. Es kann somit ein großes zusätzliches derzeit nicht genutztes Biomasse-Brennstoffpotential aktiviert werden, was in Zukunft auch zu einer signifikanten Reduktion der CO₂-Emissionen beitragen kann.