Stroh als Brennstoff schwierig

Während der Fachtagung “Strohenergie 2008” der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL) diskutierten kürzlich internationale Experten in Jena über den aktuellen Stand der Nutzung von Stroh als Brennstoff. Da die Brennstoffeigenschaften von Stroh doch erheblich von Holz abweichen, ist Stroh angesichts erhöhter Emissionsanforderungen und der gegenwärtigen Feinstaubdiskussion nicht so einfach als Biobrennstoff zu etablieren.

Das Ziel der EU, den Anteil erneuerbarer Energien an der Energieerzeugung bis 2020 auf etwa 20% zu erhöhen steht momentan etwas hinter den gesteckten Zielen zurück. Der Bioenergie wird große Bedeutung beigemessen und so steht auch Stroh als Brennstoff in der Diskussion. Man geht davon aus, dass etwa 20 bis 25% des Strohaufkommens der EU energetisch genutzt werden kann. Das entspricht in Deutschland eine Energiemenge die etwa 3,5 bis 5,3 Mio. t Heizöl pro Jahr ausmacht.

Eigenschaften
Die Brennstoffzusammensetzung lässt bei Stroh bereits auf die zu erwartenden Emissionen bei der Verbrennung schließen. So genannte Aerosolbilder, also leicht flüchtige Elemente die Feinstäube bilden, sind im Stroh um das Zehnfache höher, als im Holz. So kann man allein durch den Gehalt von N, K, Na, S oder CL schon auf die entstehenden Feinstäube schließen. Neben der Bildung feiner Stäube im Abgas wirken die Inhaltsstoffe korrosiv oder können im Kessel widerstandsfähige Schichten bilden, die ggf. auch ein Zuwachsen des Kessels verursachen. Bezüglich der Bildung von Stickoxiden liegt Stroh im mittleren Bereich zwischen Holz und Getreide. Mit hochwertigen Feuerungen ist es möglich, die bisher festgelegten Grenzwerte einzuhalten.

Stroh hat einen höheren Kaliumgehalt als Holz oder Miscanthus. Kalium kann z.B. durch waschen von Stroh (einregnen) um bis zu 75% reduziert werden. So gilt allgemein, dass “graues Stroh”, möglichst Roggen und Weizen, das mehrfach eingeregnet aber dennoch trocken gepresst wurde, die besten Brennstoffeigenschaften aufweist. Der Chlorgehalt von Stroh liegt bei 0,2% der Trockenmasse, Holz hat nur 0,01%. Hohe Kalium und Chlorgehalte führen zu Korrosionen, da sich aus freiwerdendem Kliumchlorid Salzsäure bildet. So sollte der Chlorgehalt des Brennstoffes schon beim Anbau des Getreides durch den Verzicht auf chlorhaltige Dünger möglichst gering gehalten werden.

Die technischen Herausforderungen bestehen hauptsächlich darin, Stickoxide (NO_x), Staub und Korrosionen bei der Strohverbrennung in den Griff zu bekommen, was weiteren Forschungsbedarf erfordert. So wurde immer wieder gefordert, die Strohverbrennung gezielt durch finanzielle Hilfen und ein moderates Anpassen der Grenzwerte zu fördern.

Der Aschegehalt von Stroh kann um das zehnfache höher sein, als bei Holz, was direkte Auswirkungen auf den Staubgehalt der Rauchgase hat. So ist es hier unbedingt erforderlich, den Staub durch sekundäre Maßnahmen zu senken. Besonders bei künftig höheren Forderungen nach reduzierten Staubgehalten der Rauchgase werden Filtersysteme immer wichtiger bzw. unumgänglich. Bisher liegt der Grenzwert bei Kleinanlagen bis 100 kW bei 150 mg/m³ Rauchgas. Im Entwurf zur Novelle der 1. BImSchV wurde formuliert, dass bis Ende 2014 dann 100 mg einzuhalten sind, wenn das Gesetz so verabschiedet wird. Ab 2015 soll der Wert weiter reduziert werden, evtl. auf 20 mg/m³.

Fliehkraftabscheider (Zyklone) und Rauchgaskondensatoren erreichen keine zufrieden stellenden Werte. Kondensationssysteme sind bei Stroh wenig erfolgreich, da Halmgutbrennstoffe trocken sind und durch den geringen Kondensatanfall auch wenig Staub abgeschieden wird. Fliehkraftabscheider können nur grobe Partikel abscheiden. Hier wird die Entwicklung eher zu filternden Abscheidern oder Elektrofiltern gehen. So werden heute bereits auch kleinere Elektrofilter ab 1.500 € angeboten, die gute Leistungen erreichen. Der elektrische Leistungsbedarf liegt bei 60-100 W. Auch für Metall- und Gewebefilter ist das Erreichen von Staubgehalten von unter 50 mg Staub/m³ Rauchgas meistens kein Problem.

Strohpellets
Ein pelletieren von Stroh verbessert nicht nur die Transportfähigkeit erheblich, sondern auch die Ausbrandeigenschaften, was zu weniger CO im Rauchgas führt. Auf die Staubkonzentration hat es allerdings wenig Auswirkung. Stroh zu pelletieren verursacht etwa Kosten, die bei 60% der Holzpelletierung liegen. Allerdings ist der Verschleiß höher und mit stark rindenhaltigem Holz vergleichbar. Eine komplette Pelletieranlage kostet bei einer Leistung von 5 t/h etwa 2 Mio. €. Bei der Herstellung von Mischpellets muss berücksichtigt werden, dass jeder Stoff den einschlägigen Emissionsanforderungen genügen muss. Zudem hat jedes Material unterschiedliche Eigenschaften, die schon innerhalb der Stroharten auftreten, was ein Anpassen der Maschine oder wechseln der Matrizen zur Folge haben kann. Die Eingangsfeuchte sollte 12 bis 13% betragen.

Bei der Kalkulation von Transportkosten sollte der Wassergehalt des Ausgangsmaterials berücksichtigt werden. Um 1 t Pellets zu erhalten müssen evtl. 1,8-2 t transportiert werden. Stroh sollte vorher entstaubt werden, so hat man erheblich weniger Asche in der Feuerung. Der Strombedarf der gesamten Pelletieranlage incl. Ballenauflöser liegt etwa bei 150-160 kWh/t. Die Einführung eines QS- Systems wird für wichtig erachtet, da ein Teil der Pellets heute bei fast jeder Anlage auch in die Einstreu geht.

Dänemark, Vorreiter der Strohverbrennung
Dänemark bekleidet in Europa eine Vorreiterrolle in Sachen Strohverbrennung. So werden in unserem Nachbarland heute jährlich 1,3 Mio. t Stroh energetische genutzt, was durch Förderprogramme, Steuererleichterungen und moderate Emissionsbestimmungen erreicht wurde. Letzteres dürfte der wesentliche Grund für die weite Verbreitung kleinerer Feuerungen mit Leistungen bis 300 kW sein, da es in Dänemark in diesem Leistungsbereich keine Grenzwerte für Staub mehr gibt.

Hingegen ist in Deutschland mit der Novellierung des Bundesimmissionsschutzgesetzes (1.BImSchG) eher eine Verschärfung der Grenzwerte zu erwarten. So haben sich dänische Hersteller für kleinere Feuerungen bis 300 kW zunächst doch weitgehend vom deutschen Markt abgewandt. Für größere Anlagen an Nahwärmenetzen bestehen auch in Dänemark enge Grenzwerte, die bei 40 mg Staub liegen. Der Einsatz von Stroh als Brennstoff könnte insbesondere auch durch Großanlagen noch um 1 Mio. t erhöht werden. Allerdings ist den dänischen Landwirten der heute gezahlte Preis von 53.- €/t Stroh zu gering. Auch in Deutschland werden aktuell Heizkraftwerke mit dänischer Technik geplant (Emlichheim, Kyritz, Cloppenburg), die jeweils 100.000 t pro Jahr verheizen sollen. Bleibt zu hoffen, dass die gestiegenen und auch wohl weiterhin steigenden Strohpreise einen wirtschaftlichen Betrieb dieser Werke erlauben.

In Dänemark wurden im Laufe der Jahre umfangreiche Erfahrungen gesammelt. So konnten die Wirkungsgrade der Feuerungen von durchschnittlich 46% (1985) auf heute 82% erhöht werden. Auch bezüglich Chlorkorrosionen gibt es Fortschritte durch die Verwendung neuer Materialien.

In Großfeuerungen spielt neben der Korrosionsbelastung der Wärmetauscher (Überhitzer), auch die Asche eine bedeutende Rolle, da sie zum Verschlacken neigt. Das bedeutet, dass sie schon bei Temperaturen von unter 800 °C schmilzt und sich mit Bau- oder Inhaltsstoffen der Feuerung verbindet. So ist Stroh in Wirbelschichtfeuerungen, die mit einem Sandbett arbeiten, nicht geeignet. Dennoch ist es in anderen Feuerungen möglich, wenn die Kessel mit speziellen Werkstoffen oder Beschichtungen gegen Korrosionen ausgestattet sind. Eine Mitverbrennung von Stroh in Kohlefeuerungen, insbesondere unter Zugabe von Additiven erscheint möglich.

Strohfeuerungen in Thüringen
Seit 1993 bzw. 1995 betreut die Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft in Schkölen (3,15 MW) und Jena (1,7 MW) zwei Strohfeuerungen dänischer Hersteller, an denen zahlreiche Erfahrungen gesammelt werden konnten. Die Anlage in Schkölen, gebaut von der Firma Völund, wurde kürzlich außer Betrieb genommen. Sie hat technisch gut funktioniert und die geforderten Emissionen eingehalten. Mit maximal 68% Leistungsabnahme war sie zu groß ausgelegt und arbeitete ständig im kritischen Schwachlastbetrieb.

Die Anlage in Jena, Marke Linka, wurde für 3,2 Mio. DM installiert, um die Gebäude der Landesanstalt zu beheizen. Aus bis zu 600 t Stroh wurden jährlich 2200 MWh Wärme erzeugt und bis zu 1300 Volllaststunden erreicht. Durch nachträgliche Wärmedämmaßnahmen der Gebäude aus DDR-Zeit oder sogar Gebäudeabrisse war die Anlage dann auch bald zu groß. Bei guter Brennstoffqualität konnten die geforderten Emissionsgrenzen eingehalten werden, da die Anlage mit Textilfiltern ausgerüstet ist. Auch Landschaftspflegeheu wurde getestet und erbrachte nach Umstellung der Feuerung zufrieden stellende Ergebnisse, solange es sich um möglichst grobes Material handelte. “Je feiner desto gemeiner” fasste Dr. Armin Vetter die Ergebnisse zusammen.

Aus zahlreichen Tests der TLL mit unterschiedlichen Kesseln und Stroharten und -formen, wurden Forderungen für die Novellierung der 1. BImSchV formuliert (Thomas Hering). So sollte die Entwicklung und Einführung von Strohfeuerungen durch andere Grenzwerte als für Holz, sowie ein Ausweiten der Leistungsgrenze bis 1000 kW (bisher 100 kW) in die Verordnung aufgenommen werden. Für Prüfungen und Vergleiche von Feuerungen sind genormte Brennstoffe erforderlich, da nur dann eine Vergleichbarkeit erreicht wird. So ist man dabei, neben anderen Biobrennstoffen, auch Stroh als Brennstoff über das Europäische Normungsinstitut “CEN” zu normen.

Andere Länder, andere Ziele
In China wird schon annähernd 50% des anfallenden Strohs in primitiven Feuerungen als Brennstoff genutzt (ca. 380 Mio.t/Jahr). Nach internationaler Kritik an Umweltverschmutzungen und CO2- Ausstoß wurden in China umfangreiche Gesetze verabschiedet, die den Ausbau auf 30.000 MW Elektrizität aus Stroh ermöglichen sollen. Bisher steht diesem ehrgeizigen Ziel einiges im Wege, da die Landwirtschaft sehr klein strukturiert ist und ein Strohtransport bisher auf mopedähnlichen Fahrzeugen erfolgt.

In Österreich wird heute etwa 12% der Energieversorgung durch erneuerbare Energien (ohne Wasserkraft) gedeckt, davon fallen 71% auf Scheitholz, Stroh ist mit 0,2% beteiligt. Insgesamt stehen nur etwa 0,4–1 Mio. t Stroh für eine energetische Nutzung zur Verfügung, der durchschnittliche Preis lag 2007 bei 67.- €/t. Mögliche Korrosionen der Feuerungen sowie erhöhte Emissionen sind auch hier die genannten Hemmnisse. In Österreich gibt es im Leistungsbereich bis 400 kW bisher keine typgeprüften Feuerungen für Biobrennstoffe außerhalb von Holz. Um die Entwicklungen zu fördern sind in den Emissionsbestimmungen Toleranzen für diese Brennstoffe vorgesehen.