Mit Holz Gas geben

Mit Holz Gas geben

Gefäss: 
Teaserbild-Quelle: Benedikt Vogel

Die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom durch Holzvergasung ist die innovative Anwendung einer rund 150 Jahre alten Technologie. Möglich wird sie dank technisch ausgereifter Wärme-Kraft-Kopplungs-Anlagen (WKK). Mit ihnen kann Holz als erneuerbare Energie noch besser genutzt werden. Diese Anlagen eignen sich insbesondere für den Einsatz in Gemeinden und Städten.

Von Benedikt Vogel*

Wie die Technologie der Holzvergasung im kleineren Massstab funktioniert, führt seit April 2015 die Sägerei Josef Bucher AG in Escholzmatt LU vor Augen: Aus den Holzabfällen der Sägerei (in Form von Hackschnitzeln) werden durch Holzvergasung Wärme (1,8 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr / 240 Kilowatt (kW) Leistung) und Strom (1GWh pro Jahr / 125 kW Leistung) erzeugt (siehe Box «Wie Holzvergasung funktioniert»). Der Strom wird in der Sägerei verwendet respektive ins Stromnetz eingespeist und die Wärme im lokalen Fernwärmenetz genutzt.

«Wir decken mit dem Kraftwerk ganzjährig die Grundlast für das Wärmenetz. Da wir die Anlage aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen das ganze Jahr über betreiben wollen, kommt es uns entgegen, dass am Wärmenetz auch ein Altersheim und eine Schule hängen, die ganzjährig Wärme abnehmen», sagt Firmenchef Hansjörg Bucher. Der Zusatzbedarf respektive Spitzenwärme im Winter werden durch eine Schnitzelfeuerung (2100kW Leistung) abgedeckt.

Pionierarbeit geleistet

Die Anlage in Escholzmatt deckt den Strombedarf von umgerechnet gut 300 modernen Vier-Personen­­-Haushalten und den Wärmebedarf von 360 derartigen Haushalten. Holzvergasung funktioniert aber auch in einem fünfmal grösseren Massstab, wie das Beispiel von Stans NW zeigt. Die dortige Anlage ist bereits seit 2007 in Betrieb. Hier wird Bauabrissholz genutzt. Der Strom (5,6GWh/1200kW) geht ins Netz, die Wärme (10,2GWh/ 1500kW) in den Wärmeverbund einer Siedlung mit rund 60 Wohnungen und 20 Industrie- und Gewerbebetrieben. Etwa die Hälfte der Wärme nimmt die Pilatus Flugzeugwerke AG ab. «Wir haben mit unserer Anlage Pionierarbeit geleistet. Indem wir immer wieder ‹Kinderkrankheiten› behoben haben, sammelten wir wertvolle Erfahrungen, von welchen künftige Anlagenbetreiber profitieren können», sagt Betriebsleiter Hans Bieri.

Den Kinderschuhen entwachsen

Die Anlagen in Escholzmatt und Stans sind zwei von sieben Holzvergasungs-Anlagen, die zur Zeit in der Schweiz in Betrieb sind. «Der Energieträger Holz liegt im Trend; die Holzvergasung, die früher an einem schlechten Image litt, ist heute ihren Kinderschuhen entwachsen und bereit für die praktische Anwendung», sagt Bernhard Böcker-Riese, Geschäftsführer der Luzerner BR Energy Group AG, die Ingenieursleistungen rund um Biomassekraftwerke anbietet. Als Investoren in erster Linie angesprochen sind Gemeinden, Städte, Kooperationen und Wärmeverbünde, welche ganzjährig – also auch im Sommer – eine hohe Wärmeabnahme aufweisen.

Der ganzjährige Betrieb ist essenziell, um gerade auch mittelgrossen Anlagen wie in Stans einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. Bei der Stromerzeugung aus Holz gibt es einen deutlichen Skaleneffekt – das heisst mit der Grösse der Anlage sinken die spezifischen Kosten und die Wirkungsgrade nehmen zu. Da die elektrischen Wirkungsgrade bei heute bestehenden Technologien deutlich tiefer als 50 Prozent sind (siehe Grafik), ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit angezeigt, die Abwärme so weit als möglich zu nutzen.

Die Wirtschaftlichkeit hängt darüber hinaus von weiteren Faktoren wie Brennstoffkosten und Abnahmepreis ab. Für einen wirtschaftlichen Betrieb ist angesichts der aktuell tiefen Strompreise eine Förderung mit der Kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) unabdingbar. Es sei denn, man hat wie die Betreiber der Stanser Anlage einen Abnehmer, der den Ökostrom langfristig zu einem guten Preis abnimmt. (...)

*Benedikt Vogel betreibt eine Agentur für Forschungskommunikation in Berlin. Der Text ist im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE) entstanden.

Wie Holzvergasung funktioniert

Holzvergasung ist eine Form der energetischen Verwertung von Biomasse. Bei der Holzvergasung wird das Holz mit geringer, genau kontrollierter Luftzufuhr teilverbrannt und mit der Hitze in ein Gas umgewandelt (Verschwelung bei 700 bis 900 Grad Celsius). Man unterscheidet verschiedene Vergasungstechnologien (stationäre und zirkulierende Wirbelschicht-, Entrained Flow-, und Festbettvergaser). Der Brennstoff wird im Gegenstrom oder im Gleichstrom zugegeben. Vergaser können im Unterdruck, Überdruck und unter hohem Druck (25 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 insgesamt optimiert werden.

Das entstehende Holzgas (CO + H2 + O2 + CH4) wird anschliessend in einem Verbrennungsmotor oder einer Gasturbine verbrannt. Dabei entstehen Strom und Wärme. Aus 100 % der Energie, die im Holz enthalten sind, können 55 % als Wärme und 30 % als Strom gewonnen werden. Das ergibt einen Gesamtwirkungsgrad von circa 85 %. Gegenüber anderen Technologien, bei denen aus Holz Strom und Wärme erzeugt wird, ermöglicht die Vergasung einen vergleichsweise hohen Anteil an Strom, dies bei geringen Stickoxid- und sehr tiefen Feinstaub-Emissionen. (Benedikt Vogel)

km1702holzvergasungbieri.jpg