Günstig heizen mit Holz und Stroh

Holz als Brennstoff

Für die Erzeugung von Wärme stellen Holz und Stroh preisgünstiges Brennmaterial bereit. Während die Holzfeuerungen in verschiedenen Varianten bereits praxisreif sind, besteht bei der Heiztechnik für halmgutartige Biomasse erhöhter Entwicklungsbedarf. Elmar Brügger und Dr. Karsten Block erläutern die Details.

Biomasse ist der Bereich, der energetisch am stärksten und schnellsten entwickelt werden soll. Daher hat sich die EU zum Ziel gesetzt, 2010 bis zu 74 % des gesamten Verbrauchs an Erneuerbaren Energien in der EU aus Biomasse zu decken. Dies bedeutet auch ganz konkret für Deutschland und speziell für das Land NRW, dass zur Erreichung dieses Ziels die Nutzung von Brennholz, Sägerestholz und sonstiger fester Biomasse wie etwa Stroh, Raps, Sonnenblumen deutlich gesteigert werden muss.

Durch die Verbrennung von Holz lassen sich Wärme und auch Strom erzeugen. In der Praxis sind aber Kraftwärmekopplungen in der landwirtschaftlichen Größenordnung noch nicht erhältlich. Die Verbrennungstechnik von Holzfeuerungsanlagen zur Warmwassererzeugung (Heizung und Trinkwasser) hat in der Vergangenheit erhebliche Fortschritte gemacht. Für eine umweltschonende Ausnutzung der Holzenergie gilt es, eine vollständige Verbrennung des Gases zu erzielen, um somit die Emissionen an Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Russ zu minimieren. Daher läuft die Verbrennung immer zweistufig. Die Feuerungsleistung einer Holzheizungsanlage muss an einen wechselnden Wärmebedarf angepasst werden können. Deshalb ist es erforderlich, die Feuerung zwischen < 30 und 100 % ihrer Leistung regeln zu können.

Scheit- und Stückholz

Der Heizkessel für moderne Stückholzfeuerungen fasst ganze Holzscheite mit Längen von 30 bis 100 cm, die dem Feuerraum zugeführt und verbrannt werden. Holzvergasungskessel sind weiterentwickelte Unterbrandkessel, bei denen die Verbrennungsphasen räumlich stark voneinander getrennt wurden. In den Spezialkesseln wird der Brennstoff unter Sauerstoffmangel verschwelt. Die Holzgase werden nach unten oder seitlich abgeleitet, mit Verbrennungsluft vermischt und nochmals verbrannt. Die Rauchgase werden dann über Tauscherflächen geführt. Die Kessel regeln sich mit Hilfe von ein oder zwei Gebläsen, die bedarfsgerecht Verbrennungsluft in zwei Strömen in Vergasungsbereich und Nachverbrennungszone dosiert. Mit Hilfe elektronischer Regelungen und Steuerung der Verbrennung über so genannte Lambda-Sonden, die das Luftgebläse steuern, erreichen die Kessel gute Verbrennungsqualitäten und Wirkungsgrade.

Die Stückholzkessel werden vorwiegend im Leistungsbereich von 15 bis 50 kW und auch gern als Zweitkessel in der Heizungsnachrüstung auf den landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt. Eine Leistungsregulierung über die Brennstoffdosierung ist bei Stückholzkesseln nicht möglich. Hier muss in jedem Fall ein entsprechender Wärme-Pufferspeicher nachgeschaltet werden, um die bereitgestellte und nicht benötigte Wärme aufzunehmen und nach Bedarf dosiert wieder abgeben zu können. Die Pufferspeichergröße muss nach den Förderrichtlinien mindestens 55 l/kW betragen, er sollte aber für eine Hauptheizung besser mit 100 l/kW dimensioniert sein.

Heiztechnik für Hackschnitzel

Die Vorteile von Hackschnitzeln gegenüber der Stückholzverbrennung liegen vor allem in seiner Schüttfähigkeit, was die Verfeuerung in vollautomatischen Heizungsanlagen ermöglicht. Da sie aber einen höheren technischen und baulichen Aufwand erfordert, ist sie oft erst oberhalb einer Leistung von 50 kW wirtschaftlich.

Waldholz, Sägerestholz, Holz aus der Ver- und Bearbeitung, Energieholz aus schnell wachsenden Baumarten, Landschaftspflegeholz sowie Resthölzer können durch mobile Hacker zu Holzhackschnitzeln verarbeitet werden. Beim Hackschnitzelverfahren ist es wichtig, dass das gesamte System vom Hacken, über Lagerung und Förderung bis zur Feuerung gut geplant und aufeinander abgestimmt ist. In landwirtschaftlichen Anlagen, die mit einem Lader beschickt werden können, werden in der Regel Eintragskreisel verwendet. Aus dem Vorratslager wird der Brennstoff durch einen Austragskreisel mit Blattfedern aus Stahl ausgetragen und mittels Schnecken der Feuerung zugeführt. In großen Anlagen mit entsprechendem größerem Vorratsbedarf werden Schubböden eingesetzt. Hier sollte der Transport über Kratzböden und die Dosierung über Hydraulikzylinder erfolgen, die störunanfälliger sind als Schnecken.

Pufferspeicher werden von den Herstellern oft als entbehrlich angesehen. Sie sind bei automatisch beschickten Holzheizungen dennoch sehr sinnvoll, da die Kessel nicht so gut regelbar sind, wie Öl- oder Gasheizungen. Sie verhindern, dass der Kessel in den Sommermonaten und Übergangszeiten zu oft starten muss und sie können im Winter Bedarfsspitzen abfangen.

Mehr Komfort mit Holzpellets

Holzpellets sind normierte Presslinge aus naturbelassenem Restholz. In der Regel werden Sägemehl, Fräs- und Hobelspäne aus der Holz verarbeitenden Industrie zu Holzpellets verarbeitet. 1 m3 Holzpellets enthält etwa vier Mal so viel Energie wie die gleiche Menge an Hackschnitzeln. Die Presslinge haben einen Durchmesser von 4 bis 10 mm und eine Länge von 20 bis 50 mm. Der genormte Brennstoff in Deutschland sollte die Qualitätsanforderungen der DIN plus entsprechen. Der Transport erfolgt bei größeren Mengen mit Silozügen, die den Brennstoff in die entsprechenden Lagerräume (ehemaliger Heizöllagerraum, Metall- oder Gewebebehälter, Erdtanks) einblasen.

Die Pellet-Heizsysteme werden als Einzelöfen mit Vorratstank und als automatische Zentralheizungsanlagen mit Saug- oder Schneckenförderung angeboten. Die Pellets werden durch die Lagerraumaustragung über eine Dosiereinrichtung je nach Brennstoffbedarf in den Feuerraum befördert. Wichtig für den praktischen Betrieb ist der Entaschungs- und Reinigungsaufwand. Hier gibt es   Systeme, die die gleichen Komfortansprüche wie eine Ölheizung erfüllen.

Während im land- und forstwirtschaftlichen Bereich eher auf „Eigenbrennstoffe“ wie Waldholz, Stroh, Abfallgetreide oder Ähnliches zugegriffen wird, bieten sich die Holzpellets als Zentral- oder Raumheizung in gut isolierten, neuen für Ein- und Mehrfamilienhäuser mit geringem Wärmebedarf an. Mittlerweile werden schon die ersten Pelletkessel mit Brennwerttechnik auf den Markt gebracht..

Holzfeuerungsanlagen sind in den Investitionskosten oftmals doppelt so teuer wie vergleichbare Öl- oder Gasfeuerungsanlagen. Förderungsprogramme für Holzfeuerungsanlagen seitens des Bundes und Länder gleichen aber einen Teil dieser Differenz aus. Die Brennstoffkosten von Holz sind dagegen immer geringer als die der fossilen Energieträgern.

Stroh- und Getreide verfeuern

Getreide kann entweder gezielt für energetische Zwecke auf Stilllegungsflächen angebaut werden oder fällt als nicht vermarktbar (Fusarium, Mutterkorn, Lagerschädlinge) in unterschiedlichen Mengen jedes Jahr in der Landwirtschaft an. Die Verwertung dieser Partien ist in erster Linie eine Aufgabe der Landwirtschaft. Diese Mengen bilden keine Basis für eine breite Energieversorgung. Stroh als Nebenprodukt kann hier aber durchaus eine Bedeutung erlangen. Bei Roggen hat das Stroh fast den gleichen Wert wie das Korn. Es lohnt sich also, Überlegungen zur Erschließung dieser Ressource als Brennstoff anzustellen.

Es muss unterschieden werden, ob die Energie im eigenen Betrieb benötigt wird oder für größere Projekte bereitgestellt werden soll. Bei einem Wärmebedarf von 80 bis 400 kW besteht die Möglichkeit, mit Rundballen von 1,30 bis 1,80 m absätzig zu heizen. Der einzige Hersteller solcher Kessel ist die Firma Helt. Angefeuert werden sie mit Holz und bei Betriebstemperatur wird ein Strohballen eingelegt. Die Anlage ist mit einem angepassten Pufferspeicher auszulegen, da sich der Abbrand nicht regulieren lässt.

Automatische Heizungen mit der Vorlage von Quaderballen über ein Band können den Arbeitsbedarf reduzieren. Eine solche Anlage wird einschließlich Staubfilter von dem dänischen Hersteller Linka im Leistungsbereich von 400 bis 1000 kW angeboten. Größere Heizwerke ab 2 MW Leistung haben automatische Greifsysteme und ermöglichen einen vollautomatischen Betrieb.

Geht man in kleine Systeme, so kommt als Heizmaterial das Strohpellet oder das Getreidekorn in Frage. Bei beiden hat man eine hohe Energiedichte und kann Logistikketten wie beim Holzpellet nutzen. Erste Strohpelletierungsanlagen existieren bereits und geben die Pellets als Brennmaterial sowie als Pferde- und Kleintiereinstreu ab.

Probleme mit Grenzwerten

Gesetzlich sind Stroh- und Holzheizungen unterschiedlich geregelt. Im Bereich der 1. BimSchV von 15 bis 100 kW ist Stroh ein Regelbrennstoff, Getreide darf nicht verbrannt werden. Oberhalb von 100 kW gilt bei diesen Anlagen bereits die 4. BimSchV und es können Stroh und Getreide verbrannt werden. Hier sind aber sehr viel strengere Grenzwerte einzuhalten. Der Grenzwert für Staub im Abgas sinkt beispielsweise von 150 auf 50 mg/m3.

Die Hauptprobleme bei der Stroh- und Getreideverbrennung sind der hohe Staubanteil, die Verschlackung der Aschen und der Chloranteil bei Stroh, der zu starker Korrosion führen kann bzw. der NOx-Anteil bei Getreide, der aus dem Rohprotein entstammt. Holzheizkessel lassen sich wegen der Verschlackung nicht mit den halmgutartigen Biomassen betreiben, es gibt aber spezielle Kessel, die für diese Brennstoffe konstruiert sind.

Im Bereich kleiner Kesselleistungen ist das Strohpellet in entsprechend entwickelten Heizanlagen eine Alternative zum Holzpellet. Hier besteht für die Landwirtschaft die Chance, einen Markt für Endkunden aufzubauen und zu beliefern. Über Lohnpelletierung des eigenen Strohs ist diese Technik aber auch für den landwirtschaftlichen Betrieb einsetzbar. Der Vorteil der Pellets gegenüber Holzhackschnitzeln oder Stroh ist die hohe Lagerdichte und die gute Transportlogistik.

Anreize durch Fördermittel

Um eine Wende zu Erneuerbaren Energien zu bekommen, sind verschiedene Förderprogramme des Bundes und der Länder aufgelegt worden, die das Ziel haben, durch einen einmaligen Zuschuss die teurere Biomasse-Heiztechnik attraktiver zu machen. Über das Marktanreizprogramm des Bundes erhalten Sie einen verlorenen Zuschuss, für automatisch beschickte Anlagen zur Verfeuerung von Biomasse, von 60 €/kW installierter Leistung, mindestens aber 1700 € je Anlage. Anträge sind an das Bundesamt für Wirtschaft in Eschborn zu stellen.

Das Land NRW hat mit der Holzabsatzförderrichtlinie (HAFÖ) ein zusätzliches attraktives Förderprogramm aufgelegt. Es wird bei Holzheizungen die Förderung des Bundes verdoppelt, um so einen attraktiven Einstieg in die regenerativen Energien zu ermöglichen. Es werden 55 €/kWh, mindestens jedoch 1500 € je Anlage auf das Bundesprogramm aufgestockt. Die Antragstellung erfolgt über das zuständige Forstamt. Es darf mit dem Bau der Holzheizanlage aber erst begonnen werden, wenn der Bewilligungsbescheid vorliegt.

Dient die Investition überwiegend zur Wärmeversorgung betrieblicher Einrichtungen in der Landwirtschaft durch biogene Festbrennstoffe, zum Beispiel der Beheizung eines Zuchtsauenstalles, so kann das Agrarinvestitionsförderprogramm (AFP) in Anspruch genommen werden. Die genaueren AFP-Richtlinien werden für 2005 derzeit überarbeitet. Anträge sind bei der zuständigen Kreisstelle der Landwirtschaftskammer NRW zu stellen.

Weitere Förderungsmöglichkeiten bestehen   über das Landesprogramm „Rationelle Energieverwendung und Nutzung unerschöpfliche Energiequellen“ – kurz REN-Programm. Aus diesem Programm werden neben Biogasanlagen insbesondere Demonstrations- und Pilotanlagen gefördert. Die Richtlinien für 2005 stehen zurzeit noch nicht zur Verfügung. Förderanträge werden dann beim Institut für Landes- und Stadtentwicklungsforschung und Bauwesen des Landes NRW (ILS) in Dortmund beantragt. Das AFP-Förderprogramm und die REN-Förderung schließen Kumulierungen mit anderen Förderungen aus. Entsprechend der Anzahl der unterschiedlichen Förderungen sollte man die optimale Förderung speziell für das landwirtschaftliches Unternehmen ermitteln.

Heizsysteme im Vergleich

Eine Beispielrechnung zum Vergleich unterschiedlicher Brennstoffträger zur Warmwassererzeugung für einen landwirtschaftlichen Betrieb veranschaulicht die Kostensituation (siehe unten).

Der landwirtschaftliche Zuchtsauenbetrieb hat 180 produzierende Sauen und einen 800er Ferkelaufzuchtstall, alle auf Gülle. Entsprechend den gesetzlichen Vorgaben sind nur für die Tierproduktion die landwirtschaftlichen Nutzflächen gegeben. Da der Zuchtbetrieb noch 16 ha Wirtschaftswald zur Verfügung hat, wo er jährlich Restholz vermarktet, besteht die Möglichkeit, bei der Restholzbeschaffung, Schwachholz mit zu produzieren. Beheizt werden die Schweineställe über Flüssiggas mit Gaskonvektoren und Heizstrahlern.

Zu dem landwirtschaftlichen Unternehmen gehört noch ein altes Betriebsleiterhaus von 1940 mit. 220 m² beheizter Bruttofläche und ein separates Altenteilerhaus von 2001 mit einer beheizten Bruttofläche von 130 m². Hier werden die Wohnflächen über einen Heizölkessel mit einer Feuerungsleistung von max. 32 kW (Fernwärmeleitung zum Altenteil) aus dem Jahre 1986 erwärmt. Dieser Kessel muss vermutlich zukünftig saniert werden, da er bei der nächsten Abgasmessung durch den Schornsteinfeger die gesetzlichen Abgasverlustgrenzen nicht mehr einhalten wird.

Das schlecht gedämmte Altgebäude wird mit einem Heizwärmebedarf von etwa 120 Watt pro m² berechnet. Da in dem Betriebsleiterhaus 4 Personen leben wird für den jährlichen beheizten Brauchwasserbedarf (Ø 45 l/P u. 45° Wassertemperatur) mit ca. 2 kW pro Person Nennwärmeleistung gerechnet. Durch diese Annahmen wird für das Betriebsleiterhaus eine Nennwärmeleistung für den Heizkessel von ca. 24,5 kW errechnet. Für das Altenteil wird auf Grundlage von 25 W/m² beheizte Wohnfläche und einer Personenzahl von 2 Erwachsenden eine Heizkesselleistung von ca. 6 kW ermittelt. Für die Ferkelproduktion wird eine Feuerungsleistung des Heizkessels von ca. 25 kW errechnet. Im separatem Ferkelaufzuchtstall wird von einer Heizkesselleistung von ca. 44,5 kW ausgegangen.

Für die zu beheizenden Bruttoflächen auf dem gesamten landwirtschaftlichen Betrieb wird mit einer Heizkesselfeuerungsleistung von ca. 100 kW ausgegangen. Es wird mit einem gesamten Energieverbrauch von ca. 285.000 kWh/a, entspricht ca. 33.000 l, gerechnet.

Da die zu beheizenden Gebäude an der Hoffläche angeordnet worden sind und dadurch nur kurze Fernwärmeleitungen erstellt werden müssten, wird von einem zentralem Standort, vorhanden auf der Hoffläche, die neue Heizanlage mit der oben genannten Feuerungsleistung geplant.

Preisvorteile bei Holzheizungen

In der Übersicht werden die unterschiedlichen Brennstoffe dargestellt und auf die gesamten Heizkosten in Cent/kWh ermittelt. Bauliche Veränderungen im Feuerungsraum und die gesetzlichen Bedingungen (besonders deklariertes Abfallgetreide) werden für alle Brennstoffe nicht berücksichtigt. Berücksichtigt werden aber die unterschiedlichen Brennstofflagerungsbedingungen.

Um realistisch Vergleichen zu können, wird für die Heizölanlage EL von einem Stahlniedertemperaturkessel und zusätzlichem Tanklagerraum ausgegangen. Ebenso beim Brennstoff Flüssiggas. Bei der Holzpelletsanlage werden die Presslinge mit geringen baulichen Veränderungen dem umbauten Lagerraum für Heizöl zugeordnet. Die Hackschnitzel werden in einem ehemaligem Fahrsilo gelagert. Der größte Kostenanteil, die Überdachung des Fahrsilos, wird in der Kalkulation berücksichtigt. Beim Scheitholz wird die Lagerung in einem alten Schuppen und auf der Hoffläche vorgesehen. Das Stroh wird in Quaderballen und das Abfallgetreide lose wird auch vorgesehen in dem Fahrsilo gelagert zu werden. Beim Stroh ist die zusätzliche kostenaufwendige Zuführung und Bearbeitung des Stroh für den Feuerungskessel zu beachten. Ebenso die direkte Vorratslagerung am Kessel beim Hackschnitzel und Getreide.

Bei allen Feuerungsanlagen werden die Kosten des Arbeitsaufwandes der Beschaffung, Transport und Lagertechnik nicht besonders weiter berücksichtigt. In dem Kostenvergleich sind die gängigen Marktpreise der einzelnen Brennstoffen eingesetzt worden. Die Holzbrennstoffe, Hackschnitzel und Scheitholz, werden als Abfallprodukt bei der Restholzbeschaffung, ebenso Stroh als Abfallprodukt in der Getreideernte, gesehen. Bei den biogenen Festbrennstoffen wurde entsprechend nur die Förderung der bafa und der hafö berücksichtigt

Das Ergebnis der gesamten Heizkosten der einzelnen Brennstoffe sind in der vorletzten, gelben Zeile zu erkennen. Die preiswerteste Erzeugung der notwendigen Wärme ist über das Scheitholz möglich. Hier ist aber der notwendige Arbeits- und Zeitaufwand, besonders in der Bearbeitung und durch die nur halbautomatische Beschickung der Feuerungsanlage zu berücksichtigen. Da sind die vollautomatischen Feuerungsanlagen in dieser Leistungsklasse interessanter. Dort schneidet die Hackschnitzelkesselanlage speziell für diesen landw. Betrieb am attraktivsten ab. Als nächste preiswertere Variante ist die Strohverfeuerung. Das Abfallgetreide wird rentabilitätsmäßig uninteressant, wegen dem Verlust von Fördergelder, die man für die anderen biogenen Festbrennstoffe bekommen würde. Die Holzpellets werden, verglichen mit den anderen Biomasse-Brennstoffen, unrentabel. Die fossilen Energieträger sind in der Kalkulation, trotz niedriger Anlagenkosten, unwirtschaftlich. Die hohen Brennstoffkosten sind der ausschlagebene Faktor.

Autor: Elmar Brügger, Dr. Karsten Block