Ausgabe - VGB PowerTech Journal 10/2018

Biomasse-Asche: Herausforderungen und Chancen

Nicolai Bech

2018 hat sich die EU ein neues Ziel gesetzt: Der Anteil der erneuerbaren Energien soll bis 2030 auf 32 % steigen, um die Kohlendioxidemissionen weiter zu senken. Auch hat die EU-Kommission Empfehlungen zu Nachhaltigkeitskriterien für Biomasse abgegeben. Diese Empfehlungen gelten für Anlagen mit mindestens 1 MW thermischer oder elektrischer Leistung. [weiter...]

Biomasseasche und Nutzungsmöglichkeiten

Angelo Sarabèr und Hans-Joachim Feuerborn

In einer Reihe von EU-Mitgliedstaaten wird Biomasse zunehmend in der Strom- und Wärmeerzeugung eingesetzt. Biomasseasche fällt bei der Verbrennung einer Vielzahl von Biomassearten in verschiedenen Kesseltypen unterschiedlicher Kesselleistung an. Dies führt zu Biomasseaschen mit unterschiedlichen Eigenschaften, die für ihren (potenziellen) Einsatz in den jeweiligen Anwendungen entscheidend sind. Eine Umfrage zu möglichen Anwendungen von Bio-masseaschen und deren Umsetzung wurde durchgeführt. Aus mehreren Gründen werden aufgrund unterschiedlicher regulatorischer Vorschriften nur be-grenzt Anwendungen in großem Umfang und in einzelnen Ländern realisiert. Biomasse­aschen werden in der Forstwirtschaft, der Landwirtschaft, bei Baustoffen und im Tiefbau eingesetzt. Anwendungen werden in einigen Regularien für Düngemittel und in Gesamtnormen behandelt. Neben den Anforderungen in regulatorischen Vorgaben und Normen müssen auch Umweltkriterien erfüllt sein. Die wichtigste Schlussfolgerung ist, dass die Verwertung von Biomasseaschen auf EU-Ebene am Anfang des Umwandlungsprozesses von Abfällen zu einem nützlichen Produkt steht.

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Das H2020 Biofficiency Projekt – Ein ganzheitlicher Ansatz für Herausforder­ungen des Ascheanfalls bei der Kraft-Wärme-Kopplung aus Biomasse

Sebastian Fendt, Lynn Hansen, Thorben de Riese, Flemming Jappe Frandsen, Frans van Dijen und Hartmut Spliethoff

Etwa die Hälfte des Endenergiebedarfs der EU wird für Heiz- und Kühlvorgänge eingesetzt, wobei Biomasse für über 90 % der gesamten erneuerbaren Wärmeerzeugung verantwortlich ist. Mit Biomasse betriebene Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK, engl. CHP) stellen eine vielversprechende Technologie dar, um den Anteil der erneuerbaren Energien in der EU mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad zu erhöhen. Die größten Probleme bei der Nutzung von Biomasse in hocheffizienten KWK-Anlagen sind durch die Aschezusammensetzung der Biomasse gegeben. Ziel des Biofficiency Projekts ist es, eine sichere und nahezu CO2-neutrale Wärme- und Stromerzeugung mit den größtmöglichen Wirkungsgraden zu ermöglichen und gleichzeitig die Umweltrisiken zu reduzieren sowie den Weg zu einer nachhaltigen Ascheverwertung zu ebnen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Projektziele, den Forschungsansatz sowie einige Grundlagen und erste Ergebnisse für ein besseres Verständnis und einen differenzierteren Umgang mit Aschebedingten Problemen im Zuge der nächsten Generation hocheffizienter und nachhaltiger CHP-Anlagen. Das Biofficiency-Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, das Forschungsfeld wesentlich voranzutreiben und die Erkenntnisse allen relevanten Akteuren und Interessierten zugänglich zu machen.

Die Nutzung von Holzasche zur Waldkalkung – nationale und künftige Europäische Regelung – STRUBIAS

Rainer Schrägle

Die forcierte Ausbau der energetischen Nutzung von Holz zur künftigen Energieversorgung in Deutschland führt zu einem höheren Aufkommen an Holzaschen, die verwertet oder beseitigt werden müssen. In Wäldern und Kurzumtriebsplantagen führt die Holzernte zu einer Verarmung an Nährstoffen. Die Nutzung von Holzasche als Düngemittel oder zur Bodenverbesserung ist deshalb prinzipiell sinnvoll. In Baden-Württemberg ist diese Nutzung über ein RAL Qualitätssystem möglich. Mit dieser Gütesicherung kann Holzasche als Düngemittel oder Düngemittelkomponente ausgewiesen werden. Derzeit sind in Deutschland zwei Ebenen der Qualitätskontrolle für Holzasche realisiert. Einerseits die Kontrolle der Holzasche und einer, speziell für die Verwendung im Wald entwickelte Dolomit-Holzasche Mischung, die in Baden Württemberg in Zusammenarbeit zwischen Kalkwerken und der Forstverwaltung sowie dem RAL Gütezeichen, organisiert über die Bundesgütegemeinschaft Holzasche, durchgeführt wird. In Deutschland basiert die Verwertung von Asche als Düngemittel auf der Düngemittelverordnung. Aufgrund der Überarbeitung des Europäischen Düngemittelgesetzes ist auch mit Änderungen der Düngemittelverordnung zu rechnen

Das Programm nachhaltige Biomasse (SBP): Förderung nachhaltiger Beschaffungslösungen

Carsten Huljus

Die Nutzung erneuerbarer Energien hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Nachhaltige Biomassenutzung spielt eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, heute und in den kommenden Jahren das Portfolio der erneuerbaren Energien auszubauen. Biomasse aus Holz ist eine wertvolle Ressource. Alle Beteiligten benötigen aber auch die Gewissheit, dass die an der Biomasse-Lieferkette Beteiligten verantwortungsbewusst handeln. Eine zentrale Rolle hat das Sustainable Biomass Program (SBP). Das SBP stellt ein freiwilliges Zertifizierungssystem für Biomasse aus Holz zur Energieerzeugung zur Verfügung. Durch die Definition von Anforderungen an die Rohstoffbeschaffung und die Zertifizierung in jeder Stufe der Lieferkette vom Biomasseproduzenten bis zum Endverbraucher stellt SBP sicher, dass SBP-zertifizierte Biomasse, die in der industriellen, großtechnischen Energieerzeugung verwendet wird, sowohl nachhaltig ist.

Holzasche bringt Nährstoffe zurück in den Wald

Lisbeth Sevel und Rasmus Willumsen

HedeDanmark verwaltet, entwickelt, betreibt und pflegt mehr als 120.000 Hektar Fläche Wald in Dänemark. Das Unternehmen liefert ca. 1,6 Millionen Kubikmeter Holzspäne an den dänischen Energiesektor. Im Hinblick auf eine nachhaltige Waldbewirtschaftung hat HedeDanmark das „Flisaske-Konzept“ entwickelt. Dieses schließt den Nährstoffkreislauf zwischen Holzheizkraftwerken und Wald. Um den Kreislauf der Nährstoffe zu schließen und sicherzustellen, wird die Asche aus der Verbrennung in den Wald zurückgeführt, wo sie zu einer nachhaltigen Holzproduktion beitragen und die Basis für das Wachstum des Waldes sichern. Das Gesamtkonzept basiert auf umfangreichen Forschungsarbeiten und schließt alle Prozessschritte und alle Beteiligten mit ein.

Nährstoffrecycling aus Rückständen aus der thermochemischen Nutzung von Bagasse- und Zuckerrohrstroh – Handling von produzierten Düngemitteln auf Biomasseaschebasis

Esther Stahl, Martin Meiller, Philipp Danz, Vitalij Dombinov und Hannes Herzel

Jährlich entstehen in Brasilien ca. 2 bis 10 Millionen Tonnen Aschen aus der Verbrennung von Zuckerrohrbagasse. Die Aschen enthalten schwankende Zusammensetzungen an mineralischen Nährelementen und könnten daher zu Düngezwecken verwendet werden. Allerdings ist (i) die Nährstoffverfügbarkeit gering, (ii), die entsprechende Nährstoffzusammensetzung nicht optimal für die Nutzung der Aschen als Düngemittel für die Hauptanbaukulturen in Brasilien und (iii) weisen die Aschen aufgrund häufig schlechter Verbrennungsqualitäten hohe organische Kohlenstoffgehalte auf. Im Rahmen des Forschungsprojekts ASHES („Rückführung von Nährstoffen aus Aschen von thermochemischen Prozessen mit Bagasse bzw. Zuckerrohrstroh“), arbeiten 7 deutsche und 4 brasilianische Partner an der Optimierung der thermochemischen Verwertung von Rückständen aus der Zuckerproduktion in Brasilien, inklusive der Formulierung von optimierten Düngemischungen auf Basis der generierten Aschen.

Beschreibung des Brennstofftransports in der Brennstoffaufgabe von Abfallverbrennungsanlagen.
Teil 1: Brennstoffcharakterisierung

Martin H. Zwiellehner, Florian Grafmans und Ragnar Warnecke

Anlagen mit heterogenen Festbrennstoffen sind insbesondere Restabfall-, Biomasse- und Ersatzbrennstoff-Verbrennungsanlagen. Allen ist gemein, dass der heterogene Brennstoff zu ungleichmäßigen Verbrennungszuständen führt, die u. a. das Freisetzen von emissions- und korrosionsrelevanten Schadstoffen beeinflussen. Darüber hinaus können Zustände im Anlagenbetrieb auftreten, die den Betrieb erschweren und in seiner Effizienz beeinträchtigen. Die negativen Zustände können durch eine optimale Feuerungsregelung vermieden oder erheblich reduziert werden. Im vorliegenden 1. Teil des Berichts werden grundsätzliche Überlegungen zum Brennstoff angestellt, da es der Brennstoff selbst ist, dessen physikalische Charakterisierung in Bezug auf den relevanten Feststofftransport die größten Unsicherheiten verursacht. Mit umfangreichen Versuchsreihen wird nachgewiesen, dass der physikalisch-mechanische Vorgang der Brennstoffaufgabe u. a. von der im Aufgabebereich vorherrschenden Dichte des Brennstoffs abhängig ist. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass der Heizwert des Brennstoffs über die Dichte einen Einfluss auf das Förderverhalten hat.

Windenergie in Deutschland und Europa
Status quo, Potenziale und Herausforderungen in der Grundversorgung mit Elektrizität - Teil 2: Europäische Situation im Jahr 2017

Thomas Linnemann und Guido S. Vallana

Eine wesentliche physikalische Eigenschaft der Windenergie ist ihre starke raumzeitliche Variation aufgrund der Fluktuationen der Windgeschwindigkeit. Meteorologisch betrachtet wird die aus Windenergieanlagen eingespeiste elektrische Leistung durch Wetterlagen mit typischen Korrelationslängen von mehreren hundert Kilometern bestimmt. Im Ergebnis ist die aufsummierte eingespeiste Leistung der europaweit über mehrere tausend Kilometer sowohl in Nord-Süd- als auch Ost-West-Richtung verteilten Windenergieanlagen hoch volatil, gekennzeichnet durch ein breites Leistungsspektrum. Die intuitive Erwartung einer deutlichen Glättung der Gesamtleistung tritt allerdings nicht ein. Das Gegenteil ist der Fall, nicht nur für ein einzelnes Land, sondern auch für die große Leistungsspitzen und -minima. Für die Jahre 2015 bis 2017 weisen diese Summenzeitreihen (Stundenwerte) Jahresmittelwerte zwischen 22 und 24 % der Nennleistung und Jahresminima zwischen rund 6.000 und 8.000 MW auf. Dies entspricht trotz europaweit verteilter Windparkstandorte gerade einmal rechnerisch 4 bis 5 % der in den 18 Ländern insgesamt installierten Nennleistung. Windenergie trägt damit praktisch nicht zur Versorgungssicherheit bei und erfordert planbare Backup-Systeme nach heutigem Stand der Technik in Höhe von fast 100 % der Nennleistung des „europäischen Windparks“, solange dessen Nennleistung die kumulierte Jahreshöchstlast der betreffenden Länder zuzüglich Reserven noch nicht überschritten hat.

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(Informationen zum Teil 1 der VGB-Windstudie finden Sie hier!)