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energie pflanzen
DAS FACHMAGAZIN FÜR BIOENERGIE UND -ÖKONOMIE Samstag, 23.06.2018

In diesem Heizwerk wird ein 600-Kilowatt-Kessel mit Miscanthus befeuert. / Foto: Dany
Häckselgut aus der Schilfpflanze Miscanthus wird in ersten größeren Nahwärme-Projekten eingesetzt. Doch die Technik muß angepaßt werden.

Alternative Energiepflanzen haben es schwer in Deutschland. Auf kaum eine andere Pflanze trifft das besser zu als auf Miscanthus, auch Chinaschilf oder vor allem in Österreich Elefantengras genannt. Schon vor sechs Jahren erregte die Schilfpflanze aufgrund gestiegener Öl- und Gaspreise viel Aufmerksamkeit: Die Dauerkultur macht es möglich, einmal das Feld zu bestellen und dann 20 Jahre lang zu ernten. Und das nicht zu knapp, denn Miscanthus wächst jedes Jahr etwa vier Meter hoch!

Das ergibt Hektarerträge von 15 bis 20 Tonnen, womit sich bei der Nutzung als Brennstoff 6.000 bis 8.000 Liter Heizöl einsparen lassen. Trotz dieser phänomenalen Werte blieb Miscanthus bisher in einer Nische für Eigenversorger, Biobauern und Liebhaber stecken. Von 2001 bis 2008 wuchs die Anbaufläche von 180 auf 1.300 Hektar, sagt Mario Rampérez von der Uni Bonn, wo schon seit vielen Jahren an nachwachsenden Rohstoffen, vor allem aus mehrjährigen Energiepflanzen geforscht wird. Zwar gebe es keine verläßliche aktuelle Statistik, Rampérez schätzt die derzeitige Anbaufläche in Deutschland aber auf 2.500 Hektar – dennoch nichts gegen 940.000 Hektar Raps für Biodiesel- und Pflanzenöl-Kraftstoff sowie rund 500.000 Hektar Mais für Biogasmais mit ihren jeweils etablierten Anbau- und Erntemethoden.

Projektleiter Michael Glatz zeigt Asche aus dem Miscanthus-Kessel, die zur Versinterung neigt. / Foto: DanyNun aber scheint sich Miscanthus aus seinem Schattendasein zu befreien: Zwei größere Nahwärme-Projekte in Baden-Württemberg ließen zuletzt aufhorchen. In Hoffenheim im Kraichgau, bekannt von der Fußballmannschaft TSG Hoffenheim, hat die Familie Heß ein Heizwerk errichtet und die Bioenergie Hoffenheim GmbH gegründet.

Dort sind zwei Ökotherm-Kessel des Herstellers A. P. Bioenergietechnik aus Hirschau/Bayern mit zusammen 940 Kilowatt Feuerungsleistung im Einsatz. Der Brennstoff Miscanthus wird auf 25 Hektar Fläche rund um Hoffenheim angebaut und sorgt bei insgesamt 70 Kunden für warme Wohnzimmer.
Ein 600-Kilowatt-Kessel, ebenfalls vom Typ Ökotherm, wird bereits seit einem Jahr für die Fernwärmeversorgung des Wohn- und Gewerbegebietes Stauferpark in Göppingen eingesetzt. Hier liefern zwei Landwirte Miscanthus-Hackgut von zusammen 15 Hektar an das Heizkraftwerk im Stauferpark, das von der Energieversorgung Filstal (EVF), einem gemeinsamen Tochterunternehmen der Stadtwerke Göppingen und Geislingen, betrieben wird.
 
Landwirte schlugen Miscanthus vor
 
Michael Glatz von der EVF, Projektleiter des Biomasseheizwerkes, erzählt: „Hier befand sich früher das US-Militärgelände Cooke Barracks. Nachdem die Amerikaner im Jahr 1992 abgezogen waren, entwickelten sich neue Nutzungen. Inzwischen zählen zum Stauferpark 130 Gewerbeeinheiten und zahlreiche Wohnblocks, auch einige Reihenhäuser wurden noch dazugebaut. Zuletzt siedelte sich ein großer Hersteller von Brecheranlagen an, woraufhin der Wärmebedarf auf insgesamt rund 20 Millionen Kilowattstunden stieg. Nun sollte die Grundlast des Heizwerkes effizient und nach Möglichkeit aus erneuerbaren Energien erzeugt werden. Schon seit über zehn Jahren ist ein 540-Kilowatt-Erdgas-Blockheizkraftwerk in Betrieb; als Erweiterung planten die Göppinger eine Biomassefeuerung.
Da kam das Angebot von Markus Bidlingmaier und Jürgen Minkmar gerade recht. Die beiden Nebenerwerbs-Landwirte aus Lerchenberg und Bartenbach, am Fuß des weithin bekannten Hohenstaufen gelegen, experimentierten schon eine Weile mit Miscanthus und regten an, diesen doch als Brennstoff für die Fernwärme einzusetzen. Bei den Stadtwerken Göppingen fiel die Idee auf fruchtbaren Boden und so wurde der miscanthustaugliche Ökotherm-Kessel angeschafft.
Im Dezember 2008 unterzeichneten die EVF und die zwei Landwirte eine Absichtsvereinbarung zur Lieferung von Miscanthus. Daraufhin weitete Bidlingmaier den Anbau auf zwölf, Minkmar auf drei Hektar aus. Im April 2010 folgte ein Rahmenvertrag. „Dieser regelt, daß wir die gesamte Ernte an das Heizwerk Stauferpark liefern“, sagt Bidlingmaier. Wegen schwankender Qualitäten und Energiedichten erfolgt die Vergütung nach Megawattstunden Heizleistung, die über einen Wärmemengenzähler erfaßt werden. Bidlingmaier hat mittlerweile seine gesamte Ackerfläche mit Miscanthus belegt.
Die EVF investierte 500.000 Euro in die Biomasse-Feuerung. 100.000 Euro davon steuerte das Wirtschaftsministerium von Baden-Württemberg bei. „Eine Auflage zur Förderung besagt, daß wir den Kessel spätestens im vierten Betriebsjahr mit mindestens 45 Prozent Miscanthus befeuern müssen“, erläutert Glatz. Das seien etwa 400 Tonnen im Jahr. Bereits im vergangenen Jahr konnten rund 160 Tonnen Miscanthus verbrannt werden. Doch die 15 Hektar Anbaufläche der zwei Landwirte dürften nicht ganz ausreichen, um die 45-Prozent-Forderung zu erfüllen. Die EVF sei deshalb auf der Suche nach weiteren Partnern, die in den Miscanthus-Anbau einsteigen.
 
Eigenheiten kennenlernen
 
Solange in der Umgebung noch nicht ausreichend Miscanthus zur Verfügung steht, werden Holzhackschnitzel eingesetzt. Nachdem die Miscanthusvorräte aus den Ernten 2009 und 2010 aufgebraucht waren, seien Glatz zufolge von Januar bis April 2011 Hackschnitzel verfeuert worden. Für die Umstellung hätten am Heizkessel einige Parameter, wie die Verbrennungsluft-Zufuhr, in Absprache mit dem Hersteller geändert werden müssen. „Nachdem diese Parameter eingestellt und gespeichert worden sind, kann auf unsere Anregung hin jetzt die Umstellung mit nur einem Tastendruck erfolgen“, sagt der Projektleiter. Für die EVF gehe es zu-nächst darum, die Eigenheiten beim Umgang mit dem Brennstoff kennenzulernen und den kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen. Zu letzterem gehöre zum Beispiel auch die vorbeugende Reinigung der Lichtschranken in der Zuführung und am Kesseleingang wegen des hohen Staubanteils bei Miscanthus.
Bereits jetzt zeigt sich, daß die Biomasse-Anlage, die nach der 4. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) genehmigt wurde, mit Lager, Zuführstrecke, Kessel und Rauchgasreinigung um einiges komplexer ist und mehr Betreuungsaufwand verlangt, als die bisherigen Anlagen auf Erdgas-Basis. „Alle 24 Stunden müssen Kontrolleuchten, der Aschekübel und das Zuführsystem überprüft werden. Bei den Erdgaskesseln reichen dagegen Sichtkontrollen nur alle 72 Stunden aus“, vergleicht Glatz.
Das Hackgut wird in einem zweiteiligen Betonbunker außerhalb des Heizkraftwerk-Gebäudes gelagert. Durch die zwei Kammern besteht die Möglichkeit, zwei Brennstoffe gleichzeitig einzulagern. Das hat den Vorteil, daß es bei der Umstellung von Miscanthus auf Holzhackschnitzel oder umgekehrt keine Stillstandszeiten gibt. Ein Schubboden fördert das Material auf eine zweiteilige, insgesamt knapp 40 Meter lange Kratzkette und führt es dem Kessel zu. Bei Vollastbetrieb reicht der Brennstoffvorrat etwa sieben Tage. Daß in Göppingen die Kratzkette den Vorzug erhielt, begründet Glatz damit, daß sie sich im Vergleich zu Förderbändern oder -schnecken als günstige sowie robuste Variante herausgestellt habe.
Zur Abgasreinigung sind dem Ökotherm-Kessel ein Zyklonabscheider und ein Gewebefilter nachgeschaltet. Damit lassen sich Feinstaubwerte unter fünf Milligramm pro Normkubikmeter Abluft erzielen, was weit unter dem zulässigen Grenzwert liegt. Gemäß Vertrag nehmen die beiden Landwirte die Rostasche wieder zurück und bringen sie als Dünger auf die Felder aus. Dagegen wird die Asche aus dem Zyklon zusammen mit der aus dem Feinfilter entsorgt.
 
Kardinalproblem Versinterung
 
Glatz holt mit der Kehrschaufel etwas Asche aus dem Behälter und zeigt deren Konsistenz: „Das ist das Kardinalproblem beim Verbrennen von Miscanthus. Die Asche neigt im Brennraum zur Versinterung und es kann dort zu Anbackungen und in der Folge zu Funktionsstörungen kommen.“ Genau betrachtet sind leichte Verklumpungen der Asche zu erkennen. „Schuld daran ist der niedrige Ascheerweichungspunkt. Dieser liegt bei Miscanthus zwischen 800 und 900 Grad, der von Holz dagegen bei rund 1.300 Grad“, kennt Kerstin Stolzenburg vom Landwirtschaftlichen Technologiezentrum Augustenberg bei Karlsruhe das Problem. Der im Vergleich zu Holz wesentlich höhere Siliziumgehalt wird als Ursache hierfür vermutet. Um Anbackungen zu verhindern, verfügt der Ökotherm-Kessel über eine wassergekühlte Brennraummulde.
Auch bewegliche Roste zur Selbstreinigung haben sich als wirksame konstruktive Vorkehrung erwiesen. Vor allem die österreichischen Heiztechnik-Hersteller setzen darauf – von Treppen- über Kipp- bis zu Drehrosten. Ein etwas anderes Prinzip verfolgt die Heizomat GmbH aus Gunzenhausen: Hier werden Brennstoff und Asche mit Kettenriegeln langsam über den Kesselboden geschoben und so ständig in Bewegung gehalten. Beide Varianten haben aber auch ihre spezifischen Nachteile: Während bewegliche Teile im Brennraum Staub aufwirbeln und tendentiell störanfällig sind, bringt die Kühlung geringfügige Einbußen des Wirkungsgrades mit sich.
Erhöhte Emissionen, vor allem von Feinstaub, und verstärkte Korrosionsbildung sind weitere Nachteile von Miscanthus als Brennstoff. Eine wichtige Rolle spielt deshalb die Korrosionsbeständigkeit der Bauteile, vor allem der Wärmetauscher. Bei Getreidestroh, der anderen bedeutenden Halmgut-Biomasse, sind die Brenneigenschaften allerdings noch negativer als bei Miscanthus, was auf höhere Asche- und Chlorgehalte zurückzuführen ist, erläutert Stolzenburg. Die vermeintlichen wirtschaftlichen Nachteile gegenüber dem als Reststoff anfallenden Stroh könne Miscanthus mehr als wettmachen, zumal die Erträge mit 15 bis 20 Tonnen je Hektar und Jahr rund viermal so hoch wie bei Stroh mit vier bis fünf Tonnen sind. Auch aus ökologischer Sicht sei das Chinaschilf eine „Low-Input-Pflanze“ und daher äußerst positiv: „Die Nitratauswaschung ist sehr gering, der Aufwand an Düngung ebenfalls, und Pflanzenschutz wird nur in den ersten beiden Standjahren benötigt“, so Stolzenburg.
 
Grenzwerte sinken
 
Insbesondere die Staubbelastung in der Abluft von Festbrennstoffkesseln hat zu strengeren Grenzwerten bei der Novelle der 1. BImSchV geführt. In der sogenannten Kleinfeuerungsanlagen-Verordnung, die bei Halmgut-Biomasse bis 100 Kilowatt Feuerungsleistung gilt, ist in der ersten Stufe seit April 2010 der Feinstaub-Grenzwert auf 100 Milligramm je Kubikmeter gesenkt worden. Dies stellt noch kein größeres Problem dar, doch in der zweiten Stufe ab dem Jahr 2015 dürfte der Grenzwert von 20 Milligramm Staub nur noch mit aufwendiger Abgasreinigung einzuhalten sein. Schon jetzt sind auch aufgrund der komplexen Brennstofflogistik größere Biomasse-Anlagen für Miscanthus im Vorteil. „Ab 50 Kilowatt beginnt die Wirtschaftlichkeit, ab 120 Kilowatt ist sie in jedem Fall voll gegeben“, berichtet Mario Rampérez von der Uni Bonn. Wegen der relativ hohen zusätzlichen Investitionen in die Abgasreinigung dürfte es in Zukunft für kleine Einheiten enorm schwierig werden, noch eine Wirtschaftlichkeit darzustellen.

Christian Dany

Dieser Artikel ist im Heft energie pflanzen 03-2011 erschienen.

Steckbrief Miscanthus

(cd). Miscanthus stammt aus Asien. Da in Europa kaum keimfähige Samen ausgebildet werden, vermehrt sich die mehrjährige Landschilfpflanze vegetativ über das Wurzelsystem. Daher müssen Rhizome (Wurzelstücke) gepflanzt werden, wozu umgebaute Kartoffel-Legemaschinen zum Einsatz kommen. Ein Rhizom kostet rund 20 Cent. Gepflanzt wird ein Stück pro Quadratmeter, woraus Gestehungskosten inklusive Transport und Pflanzarbeit von 2.000 bis 2.500 Euro je Hektar entstehen. Die Ernte erfolgt Ende April, da hier das Erntegut unter 15 Prozent Wassergehalt aufweist. Zum Einsatz kommen Ballenpressen mit speziellen Schneidvorsätzen (Langguterzeugung) oder in der häufigeren Variante Feldhäcksler (Kurzgut).
Wie Mais, Hirse und Zuckerrohr zählt Miscanthus zu den sogenannten C4-Pflanzen, die Wasser und Kohlendioxid effizienter zum Aufbau von Biomasse nutzen können. Während C4-Pflanzen zur Bildung von einem Gramm Trockenmasse etwa 250 Milliliter Wasser benötigen, liegt der Bedarf für in Europa heimische C3-Pflanzen zwei- bis dreimal so hoch. Die vier Kohlenstoffatome des ersten stabilen Photosyntheseprodukts geben den C4-Pflanzen ihren Namen. Miscanthus-Dauerkulturen können bis zu 20 Jahre genutzt werden.

Sorten und Züchtungen

Die Hybridart Miscanthus x giganteus ist am weitesten verbreitet. Sie wächst am höchsten und bildet kräftige Stengel mit hohen Lignin- und Zellulosegehalten, ist für die energetische Verwertung daher geradezu prädestiniert.
Die neuen Sorten Miscanthus ‚Nagara’ und ‚Amuri’ bringen ähnlich hohe Erträge. Hier liegt das Recht zur Vermehrung allerdings beim Züchter, der Firma Tinplant GmbH aus Klein-Wanzleben. Miscanthus x giganteus darf dagegen ohne Einschränkung selbst vermehrt werden.




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