Landwirtschaftliche Brennstoffe aus der Grauzone geholt

Strohballenpresse

Mit der Novellierung der 1. Bundesimmisionsschutzverordnung ist die Getreidefeuerung wieder in den Focus der Diskussion geraten. Diese neue BimSchV bedeutet eine deutliche Erweiterung gegenüber dem jetzigen Gesetzestext. Dr. Karsten Block vom Zentrum für nachwachsende Rohstoffe der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen erläutert, welche Möglichkeiten sich daraus für die der Stroh- und Getreideverbrennung ergeben.

Derzeit liegt ein Arbeitsentwurf der Neufassung vor, der den Brennstoff wie folgt definiert: „Stroh, Getreideganzpflanzen, Getreidekörner und -bruchkörner, Pellets aus Getreideganzpflanzen oder Getreidekörnern, Getreideausputz, Getreidespelzen und Halmreste“ werden hierin als Brennstoffe aufgeführt. Dies ist eine deutliche Erweiterung gegenüber dem jetzigen Gesetzestext. Nach Berechnungen aus Thüringen kann dieses Segment rund 2,3 % des Primärenergiebedarfs von Deutschland decken, das entspricht etwa 21 Mio. t TM Holz. Die bisher zugelassenen Brennstoffe, wie Miscanthus und Heu, stehen nicht explizit in dem Entwurf, sind aber in der Diskussion. Eine weitere Eingrenzung ist, dass diese Brennstoffe nur in der Landwirtschaft und in Betrieben, die mit diesen Stoffen handeln, eingesetzt werden dürfen. Eine Öffnungsklausel nach vier Jahren ist vorgesehen.

Mischpellets, die andere als die aufgezählten Brennstoffe enthalten, sind weiterhin nicht in Kleinfeuerungsanlagen zugelassen, auch wenn sie unkritischere Eigenschaften haben als die Einzelstoffe. Hier greift der Arbeitsentwurf zu kurz, will man die Potenziale dieser Brennstoffe wirklich erschließen. Auch der Bereich Hilfsstoffe zur Pelletierung ist zu eng in dem Entwurf gefasst. Streng genommen ist Kalk zum Senken des Ascheschmelzpunktes in Strohpellets nicht erlaubt.

In der 1. BimSchV sind derzeit unter den Brennstoffen nur Stroh und ähnliche pflanzliche Stoffe aufgeführt. In einem Kommentar sind die ähnlichen pflanzlichen Stoffe erläutert als   „Energiepflanzen, wie zum Beispiel Schilf, Elefantengras, Heu und Maisspindel. Getreide wurde von den Landesumweltämtern deutlich als nicht geeigneter Brennstoff eingestuft. Weiterhin ist Stroh auf den Leistungsbereich von 15 bis 100 kW Feuerungsleistung eingeschränkt, darüber hinaus gilt die 4. BimSchV in Verbindung mit der TA Luft mit strengeren Grenzwerten von 50 mg Staub.

In NRW hat das MUNLV am 28. Dezember 2005 einen Erlass verabschiedet, der unter strengen Auflagen eine Einzelzulassung erlaubt. Die Grenzwerte für Staub sind je nach Leistung auf 130 mg (15 bis 50 kW) und 110 mg (50 bis 100 kW) reduziert. Auf dem Prüfstand müssen 75 mg Staub unterschritten werden. Es ist keine Anlage in NRW bekannt, die nach diesen Kriterien zugelassen wurde.

Technische Entwicklungen

Wie sieht es nun technisch aus, gibt es Kessel, die mit diesen Brennstoffen betrieben werden können? Nach den Ölpreisschocks in den 80-ger Jahren begann die Entwicklung von Strohheizungen. Diese wurden meist - wie Holz-Stückgutheizungen - im Batchverfahren betrieben. Sie wurden mit Ballen gefüllt, brannten ab und benötigten einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern der Wärme. Nachdem sich die Preise wieder beruhigt hatten, wurde diese Technik in der Regel nicht mehr benutzt oder auf Stückholz umgestellt. Mit dem Einbruch des Getreidepreises in den 90-ger Jahren und dem gleichzeitig starken Anstieg der Ölpreise wurde das Getreide interessant für die Verbrennung. Der energetische Wert lag plötzlich zwei- bis dreimal höher als der Verkaufspreis des Getreides. Dies beflügelte die Entwicklung. Die Getreideverbrennung war in Dänemark Stand der Technik und so wurden solche Heizkessel importiert und hier versuchsweise eingesetzt. Landwirte, die dies tun, verstoßen gegen die 1. BimSchV. Stroh ist hier als Brennstoff zugelassen, nicht jedoch Getreide, obwohl die ersten Messungen zeigten, dass es einfacher und emissonsärmer als Stroh zu verbrennen ist. Die Landesumweltämter haben sich 2003 explizit gegen die Verbrennung von Getreide ausgesprochen und somit war der Einsatz endgültig nicht mehr legal. Hier zeigt sich die große Problematik, die bei allen neuen Entwicklungen zu beobachten ist: Es entsteht eine neue Technik, die auf Grund gesetzlicher Einschränkungen und DIN-Normen nicht eingesetzt werden darf. Da sie nicht eingesetzt werden darf, macht es für Firmen keinen Sinn, sie weiterzuentwickeln - die klassische Situation des Henne -Ei -Problems.

Auf Grund des regen Interesses der Landwirtschaft und der vorhandenen Probleme hat die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) Forschungsprojekte ausgeschrieben, um den Stand der Technik zu untersuchen und neue Entwicklungen anzustoßen. Es zeigte sich, dass neue Entwicklungen in Deutschland und Österreich stattfinden, beides Länder, die im Gegensatz zu Dänemark hohe Emissionsstandards haben. Sie ermöglichen eine deutliche Reduktion des viel diskutierten Staubs. Weiterhin entwickeln Firmen auch Abgasreinigungssysteme, die ebenfalls zur Reduktion beitragen. Das System HydroCube der Firma Schräder erhielt sogar den 2006 vom MUNLV vergebenen Förderpreis für nachwachsende Rohstoffe und ist am Markt verfügbar. Zur Staubreduzierung erfolgte eine weitere Ausschreibung der FNR, um hier Techniken weiterzuentwickeln und serienreif zu machen.

Probleme bei der Getreideverbrennung

Das größte technische Problem sind die geringen Ascheschmelzpunkte bei halmgutartiger Biomasse. In Kesseln, die hierauf nicht ausgelegt sind, bilden sich Schlacken, die in Form von Verklumpungen bis zu porzellanartigen Überzügen auf den Rosten und an den Wänden der Brennkammer auftreten können. Solche Kessel vertragen diese Biomassen nur eine kurze Zeit. In einer Mischung mit bis zu 20 % dieser Biomassen lassen sich Holzkessel aber in der Regel ohne Probleme betreiben. Es ist nur schwer, eine homogene Mischung zu erzeugen.

Staub ist das zweite größere Problem bei halmgutartiger Biomasse und Getreidekörnern. Um hier Erfolge zu erzielen, sind Beruhigungszonen im Kessel, in denen sich Staub absetzen kann und ein guter Ausbrand erforderlich. Durch das im Vergleich zum Holz langsame Entgasen der Getreidekörner ist die Kesselleistung in der Regel um 15 bis 20 % reduziert. Im Rahmen des Messprogramms der FNR wurden an der FH Köln und im LZ Haus Düsse Heizkessel auf Getreide- und Strohpelletbasis in der Praxis gemessen.

Die weiteren Abgaswerte sind brennstoffspezifisch zu betrachten. Bei Getreide liegt ein hoher Stickstoffgehalt von über 2 % N (= 12 % Rohprotein) vor, der bei der Verbrennung in Stickoxyde (NOx) verwandelt wird. Dies lässt sich anbautechnisch nur durch Vermeiden einer Spätdüngung senken. Zusätzlich zum brennstoffbedingtem NOx kann eine Belastung aus hohen Flammtemperaturen dazukommen. Unter diesen Bedingungen wird auch Luftstickstoff in NOx umgewandelt. Hier besteht aber ein direkter Zusammenhang zum guten Ausbrand, der über die CO-Konzentration gemessen wird. Eine gute Verbrennung mit wenig CO im Abgas führt zu steigenden NOx-Werten und umgekehrt. Hieraus wird die Forderung abgeleitet, speziell für Getreide etwas höhere NOx-Werte als bei Holz zu akzeptieren. Dieser Stickstoff wird durch Regen ausgewaschen und landet letztendlich wieder als Dünger auf der Fläche. Hauptverursacher für diese Emissionen sind Dieselmotoren, bei denen der Brennstoff keinen Stickstoff mitbringt, im Abgas jedoch hohe NOx-Werte zu finden sind.

Bei Stroh und Gräsern kommt es zu einer hohen Belastung mit Chlor aus Natrium- und Kaliumchlorid, die sich in der vegetativen Masse einer Pflanze stärker anreichern. Technisch bereitet Chlor dann Schwierigkeiten, wenn der Kessel steht und kalt wird. Das Chlor zieht Feuchtigkeit an und bildet eine schwache Salzsäure, die sofort mit dem Stahl in den Wärmetauscherzügen reagiert. Die Kessel rosten also in den Stillstandszeiten im Sommer. Eine Möglichkeit dies zu umgehen ist, die Kessel das ganze Jahr im Gluterhaltbetrieb zu fahren. Dies ist aber nur für Ferkelställe sinnvoll, die fast das ganze Jahr Wärme benötigen, sonst kommt es zu großen Bereitstellungsverlusten. Eine andere Möglichkeit ist es, die Kessel nach einer gründlichen Reinigung im Sommer mit Industrieholzpellets oder trockenen Holzhackschnitzeln zu betreiben. Ausgerüstet mit einem Pufferspeicher, zünden sie dann zwei- bis dreimal je Woche für die Bereitstellung von Warmwasser, heizen den Pufferspeicher in vier bis sechs Stunden auf und gehen dann wieder aus.

Dimensionierung der Anlagen

Die Dimensionierung der Heizanlage sollte eher knapp ausgelegt werden und zur Spitzenabdeckung ein eher großzügig dimensionierter Pufferspeicher mit 50 bis 100 l Wasser je kW Kesselleistung eingesetzt werden. In der Regel sind die meisten Öl- oder Gasheizungen stark überdimensioniert. Diesen Fehler sollte man nicht mit Biomasseheizungen wiederholen, sondern erst eine genaue Bedarfsanalyse anstellen, die auf einer exakten Berechnung der baulichen Gegebenheiten basiert. Allgemeine Energieberater stoßen aber sehr schnell an Grenzen, wenn es um die Heizungsauslegung von Ställen geht. Hier kann die Energieberatung der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen individuelle Beratungskonzepte anbieten.

Geht es darum, Mietwohnungen oder Sauenställe zu beheizen, hat die Ausfallsicherheit eines Systems eine hohe Bedeutung. Vorhandene Öl- oder Gasheizungen, die in Ordnung sind, können hierzu mit in das System eingebaut werden und übernehmen die Lastspitzen an kalten Wintertagen und springen bei einem Ausfall der Biomasseheizung ein. Eine andere Möglichkeit ist, Ausfall- und Störmeldungen auf das Handy zu senden. An Ersatzteilbeschaffung und einen funktionierenden Service sollte man bereits bei der Planung denken. Einfache Systeme erfordern teilweise einen täglichen Betreuungsaufwand.

Besondere Herausforderungen bei Stroh?

Stroh fällt bei der Ernte in Form von Ballen an. Ähnlich wie Stückholzheizungen, bietet die Firma Herlt Kessel an, die für Rundballen geeignet sind. Sie haben sich hier bisher nicht durchgesetzt, werden aber vereinzelt in Deutschland betrieben. Die haben eine Leistung ab 80 kW und kommen für sauenhaltende Betriebe in Frage.   Nachteilig ist hier der hohe Arbeitsaufwand. Mit automatischer Ballenbeschickung werden Kessel der Firma Linka angeboten. Wirtschaftlich sind diese Kessel erst ab etwa 400 kW einsetzbar, da sie auf Grund der Anforderungen der TA Luft den Grenzwert von 50 mg Staub einhalten müssen.

Im kleinen Leistungsbereich unter 100 kW ist eine aufwändige Ballenbeschickung schwierig zu realisieren, da die Kosten im Vergleich zur Heiztechnik zu hoch werden. Hier können alternativ zu Getreidekörnern Strohpellets zum Einsatz kommen. Um die Schlackebildung zu verringern, wird in der Regel rund 1 % Kalk dem Stroh vor dem Pelletieren zugemischt. Die Erfahrung zeigt, dass diese Pellets in Kleinfeuerungsanlagen eine gute Alternative zu Getreide sind. Die Kosten für die Strohpellets liegen unter denen der Holzpellets bei etwa 140 €/t, so dass sie auch bei den derzeitigen Getreidepreisen eine Alternative darstellen. Für die Landwirtschaft kommt auch eine Lohnpelletierung von eigenem Stroh in Frage. Dies kann die Kosten weiter senken, ist aber sehr von der Entfernung zum nächsten Standort mit einer Pelletieranlage abhängig. Sind diese Pelletieranlagen einmal installiert, so ließe sich auch ein breiteres Spektrum an anderer, unbelasteter Biomasse, wie Kleie, Rapsschrot und ähnliches, einsetzen. Die negativen Eigenschaften jedes dieser Einzelbrennstoffe können in einem Gemisch so optimiert werden, dass ein insgesamt unproblematischerer Brennstoff daraus entsteht. Mischt man beispielsweise Getreidestroh und geschrotete Getreidekörner je zur Hälfte, so verringern sich sowohl die Cl-Probleme des Strohs als auch die NOx-Probleme des Getreides. Auch ein Anteil an Rapsschrot mit seinem Restölgehalt kann den Brennwert der Pellets erhöhen und zudem den Pellet als Bindemittel stabilisieren.

Hohe Zielsetzung beim Klimaschutz

Nimmt man den Klimawandel ernst, so ist es wichtig, neue biogene Energiequellen zu erschließen. Genau wie es mit schadstoffhaltiger Kohle möglich war, die Emissionen mit der Zeit und dem Stand der Technik zu reduzieren, sollte es auch mit dem neuen Brennstoff halmgutartige Biomasse sein. Die FNR hat hierzu einen guten Ansatz aufgezeigt, der auf der Basis der Projekterfahrungen beim Stand der besten Technik etwas unterhalb der heutigen Normen beginnt und eine über die Zeit eine stufenweise Verschärfung bringt. Mit dieser Verschärfung kann dann der Brennstoff auch über den landwirtschaftlichen Bereich hinaus freigegeben werden. Genau diesen Weg geht man auch bei den Abgasen der Autos. Die Kesselhersteller und Firmen, die sich mit der Abgasreinigung beschäftigen, haben dann die Möglichkeit, die Technik an die sich verschärfenden Rahmenbedingungen anzupassen und die landwirtschaftlichen Brennstoffe aus der jetzigen Grauzone herauszuholen. Dazu sollte man die CO2-Neutralität mit in die Bewertungsskala aufnehmen, denn die hohen CO2-Ziele, die der Umweltminister angekündigt hat, sind nicht gratis zu bekommen.

Autor: Dr. Karsten Block