Projekt 17650/01

Energetische Nutzung von kontaminiertem Altholz mittels Flash-Pyrolyse

Projektdurchführung

Universität RostockFakultät Maschinenbau und SchiffstechnikLehrstuhl Kolbenmaschinen undVerbrennungsmotoren
Albert-Einstein-Str. 2
18059 Rostock

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Europa fallen jährlich Millionen Tonnen von kontaminiertem Altholz an. Etwa 3 - 10 % dieser Menge enthält toxisches Material. Es wird seit langem nach Möglichkeiten gesucht, kontaminiertes Altholz energetisch und umweltfreundlich zu nutzen. Mit der Einführung des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes 1996 hat die Verwertung von Altholz Vorrang vor der Entsorgung. Altholz kann sowohl mit herkömmlichen Techniken verbrannt als auch in einen gasförmigen oder flüssigen Brennstoff umgewandelt werden. Das Verfahren der schnellen Pyrolyse ist eine neue, innovative Technik, die es erlaubt, Altholz zu einem flüssigen Energieträger mit wenig Verunreinigungen zu verarbeiten. Das Pyrolyseöl ist speicherbar und kann leicht transportiert und dezentral zur Energieversorgung eingesetzt werden. Der Verbleib der Schadstoffe im kontaminierten Altholz nach der Pyrolyse und der anschließenden Verbrennung ist unter Beachtung der Biomasseverordnung zu untersuchen. Ein weiteres Ziel des Vorhabens ist es daher, eine Verbrennungstechnologie zu entwickeln und die daraus resultierenden Emissionen zu analysieren. In der Gesamtbilanz soll die energetische Nutzung von kontaminiertem Altholz über die Prozesskette: Holzaufbereitung, Pyrolyse und Verbrennung bewertet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden· Bereitstellung der verschiedenen Holzsorten nach Holzklasse I bis III auf der Deponie
· Untersuchung der Möglichkeiten der Aufbereitung, Mischung, Holzzerkleinerung bis 5 mm Teilchengröße, Analyse und Dokumentation
· Verflüssigung des Holzes nach dem Pyrolyse- Verfahren der BTG in Holland. Es werden ca. 2 m3 Altholz von der Deponie exemplarisch pyrolysiert.
· Chemische und physikalische Analyse des Holzes, des Pyrolyseöls, der Asche und des Sandes am Institut für Holzchemie in Hamburg, an der Universität Rostock und am Hygieneinstitut in Gelsenkirchen.
· Entwicklung eines neuen Vielstoffbrenners, Verbrennungsversuche mit dem Pyrolysat in einer 300 kW- Verbrennungsversuchsanlage (VVA) der Universität Rostock, Messung der Emissionen an der VVA und Vergleich mit Emissionsstandards.
· Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen


Ergebnisse und Diskussion

Die Problematik der stofflichen und energetischen Nutzung von Altholz liegt in der stark schwankenden Belastung durch Schadstoffe, wie Holzschutzmittel, Oberflächenbeschichtungen, Farbanstriche und nutzungsbedingten Verunreinigungen, die sich in den Endprodukten sowie in den Verbrennungsgasen wiederfinden. Altholz ist als Biomasse im Sinne der erneuerbaren Energien anerkannt. Mit Rückständen an Holzschutzmitteln oder halogenorganischen Verbindungen kann es nur in Anlagen nach dem 17. Bundesemissionsschutzgesetz, d. h. in Müllverbrennungsanlagen mit aufwendiger Rauchgasreinigung verbrannt werden.
Wird aber das Altholz pyrolysiert, entsteht ein schadstoffarmer flüssiger Energieträger, der dezentral für die Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden kann.
Bei diesem Prozess wird die Vergasung und Kondensation von toxischem Material aus dem Holz unterdrückt und die gefährlichen Substanzen konzentrieren sich in der Asche. Ein hoher Feststoffgehalt im Öl sollte immer durch Filtern beseitigt werden, da sich in den Feststoffen auch Schwermetalle anlagern.
In dem Projekt konnte nach der Auswertung der Verbrennungsversuche durch eine Analyse der Schadstoffkonzentrationen im Altholz, während der Pyrolyse sowie nach der Verbrennung nachgewiesen werden, dass der Schadstoffgehalt im Pyrolyseöl um 90 bis 99% niedriger ist als in dem Ausgangsstoff Holz. Das übergeordnete Ziel in dem Projekt: Abbau der Schadstoffe in der Prozesskette Rohstoff - Pyrolyse wurde erreicht.
Probleme gab es bei der Verbrennung des Pyrolyseöls mit einem Heizöl- Standardbrenner.
Das Hauptproblem bei der Verbrennung des Pyrolyseöls in unserer Anlage lag in der Inhomogenität. Bioöle aus der Pyrolyse sind im Vergleich zu Dieselkraftstoff teilweise von inhomogener Konsistenz mit einem hohen Wasseranteil und Feststoffanteil. Sie weisen auch eine hohe Viskosität auf, was eine Vorwärmung des Öls erforderlich macht. Um für die umfangreichen Verbrennungsversuche genügend lange Brennzeiten zu erreichen, war es im Projekt notwendig, ein spezielles Brennersystem zu entwickeln. Bei diesem System wird der Brennstoff durch Primärluft zerstäubt.
Die Messung der Abgaskomponenten erfolgte nach den entsprechenden VDI- Richtlinien. Der Untersuchungsumfang der Emissionsmessungen orientiert sich an den Anforderungen der 17. BImSchV.
Für weitere Untersuchungen muss für den Vielstoffbrenner ein größeres Sekundärluftgebläse beschafft werden, um in der Verbrennungsversuchsanlage örtlichen Luftmangel und damit erhöhte CO- Werte zu vermeiden.
Die Versuchsergebnisse erlauben im Rahmen dieses Kurzprojektes nur eine qualitative Aussage.
Dies betrifft besonders die Anreicherung der Asche und des Sandes mit einigen Schwermetallen.
In weiterten Versuchen müssen die Resultate statistisch abgesichert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Auf der Umweltmesse in Rostock im August 2001 wurde auf einem Poster Energetische Nutzung von kontaminiertem Altholz unser Projekt und erste Ergebnisse dargestellt und diskutiert.
Für die 5. Biomassekonferenz in Florida im September 2001 war ein Vortrag über die energetische Nutzung von kontaminiertem Altholz geplant und auch bestätigt worden. Die Konferenz wurde verschoben und dann gänzlich abgesagt.
Einige Ergebnisse unserer Untersuchungen werden auf der DGMK- Veranstaltung Energetische Nutzung von Biomassen vom 22. - 24. 04.02 in Velen/ Westfalen vorgestellt. Der Posterbeitrag hat den Titel Energetische Nutzung von kontaminiertem Altholz mittels Flashpyrolyse.
Vom 17. - 21.6.2002 findet in Amsterdam die 12th European Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection statt. Wir haben hier die Möglichkeit, unser Projekt mit einem Poster unter dem Titel Energy from Contaminated Waste Wood vorzustellen.


Fazit

Das Ergebnis der Untersuchungen belegt die Eignung der Pyrolyse zur Reduktion der Schadstoffe und zur Umwandlung des Altholzes in den sauberen flüssigen Energieträger Pyrolyseöl. Somit kann eine neue Alternative zur energetischen Nutzung von kontaminierten Hölzern aufgezeigt werden.
Die Aufwendungen (Kosten oder Gutschrift) für den Rohstoff Holz bestimmen die Wirtschaftlichkeit der Pyrolyseölherstellung und der energetischen Nutzung des Öls. Die energetische Nutzung des Holzes über den Pyrolyseprozess hat Vorteile gegenüber der reinen Verbrennung von Altholz. Für das Holz auf der Deponie gibt es z. Zt. eine Gutschrift von 5 bis 50 EURO. Damit wäre die Erzeugung von Pyrolyseöl in einer Demoanlage in jedem Fall wirtschaftlich zu betreiben. Für die Pyrolyse sollte ein Verfahren ein-gesetzt werden, welches mit möglichst großen Holzpartikeln fertig wird, um die Kosten für die Holzzerkleinerung zu reduzieren. Für das Pyrolyseöl ist eine stoffliche Verwertung als auch energetische Nutzung in der Zementindustrie vorgesehen.