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Holzheizkraftwerk mit Holzvergasung in Frauenfeld – ein klimapositives Vorzeigeprojekt

Erschienen 2022-07-07 im RP-Energie-Blog (als E-Mail-Newsletter erhältlich!)

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Autor: , RP-Energie-Lexikon, RP Photonics AG

Inhalt: Ein neues Holzheizkraftwerk auf der Basis von Holzvergasung in Frauenfeld demonstriert eine vorbildliche Nutzung von Holz, und zwar von schwer anders nutzbarem Restholz. Der Betrieb ist sogar klimapositiv, dh es wird netto Kohlenstoff der Atmosphäre entzogen, während unzählige Haushalte und einige Gewerbebetriebe mit Strom und Wärme versorgt werden.

Rüdiger Paschotta

Kürzlich hatte ich die Gelegenheit, das erst vor einigen Wochen in Betrieb gegangene Holzheizkraftwerk in Frauenfeld zu besichtigen, welches von Bioenergie Frauenfeld gebaut wurde und betrieben wird. Gerne ergreife ich die Gelegenheit, dieses sehr interessante und zukunftsweisende Projekt hier vorzustellen und zur Nachahmung im Rahmen von Energiewende und Klimaschutz zu empfehlen.

Funktionsweise

Zunächst möchte ich die Funktionsweise des Werks in groben Zügen erläutern. Die Kernbestandteile der Anlage sind acht Holzvergaser und vier große Gasmotoren, die mit dem erzeugten Gas gespeist werden und damit sowohl elektrische Energie als auch nutzbare Wärme erzeugen. Mehr im Detail:

  • Das mit Lastwagen angelieferte Holz wird zunächst gewogen, zerkleinert und dann in ein großes Silo befördert. Da recht unterschiedliche Holzqualitäten verwertet werden, für den Betrieb der Vergaser eine ständig wechselnde Holzqualität jedoch unerwünscht ist, werden die verschiedenen Anlieferungen und die genauen Lagerorte im Computer erfasst, sodass man später Material aus verschiedenen Lieferungen geeignet miteinander mischen kann.
  • Es erfolgt dann eine Trocknung mithilfe von warmer Luft, für die ein kleinerer Teil der entstehenden Wärmemenge verbraucht wird.
  • Dann wird das Material auf etliche Holzvergaser verteilt. Der modulare Ansatz ermöglicht es, zeitweise auch nur einen Teil der Holzvergaser zu betreiben, beispielsweise wenn geradezu wenig Holz verfügbar ist, wenn mal Defekte auftreten oder wenn der Energiebedarf gerade gering ist. Das Material wird zunächst bei rund 500 °C mit geringer Luftzufuhr verkohlt und später für die Vergasung in einem Schwebebettreaktor noch wesentlich stärker erhitzt. Übrig bleibt außer dem erzeugten Gas einiges an Biokohle (Pflanzenkohle), die zu ca. 85 % bis 90 % aus Kohlenstoff besteht und rund einen Viertel des Kohlenstoffs des Holzes enthält. Darüber hinaus gibt es nur in sehr geringem Umfang Abfälle, etwa durch Steine oder Nägel, die in das Holz gelangt sind.
  • Das erzeugte Gas wird in vier großen Gasmotoren verwertet, die jeweils einen Generator antreiben und zusammen genug Strom für rund 8000 Haushalte erzeugen. Gleichzeitig wird die entstehende Abwärme an diverse Verbraucher in der Stadt abgegeben – teilweise an die große Zuckerfabrik, die gerade auf der anderen Straßenseite liegt, teilweise in ein bereits bestehendes Nahwärmenetz, welches in den nächsten Jahren noch stark weiter ausgebaut werden soll. (Leider kann die Wärme noch nicht vollständig genutzt werden, bevor das erreicht ist.) Vermutlich werden auch noch weitere Gewerbebetriebe dazu stoßen, die große Mengen von Wärme brauchen, etwa für Trocknungszwecke. Dann könnte auch die sommerliche Wärmeproduktion voll genutzt werden.
  • Die Abgasqualität ist hoch; die Enstickung erfolgt mit einem SCR-Abgaskatalysator.
  • Der Eigenstromverbrauch der Anlage entspricht rund einem Zehntel der Stromproduktion. Rund ein Drittel dieses Eigenstromverbrauchs wird mit einer großen Photovoltaikanlage auf dem Dach gedeckt.

Die Anlage hat etwa die Fläche eines Fußballfelds, und die Installation erfolgte etwa innerhalb eines Jahres – im Zeitplan und ohne Kostenüberschreitung, worauf das Team wohl zu Recht mächtig stolz ist.

Klimabilanz

Die Klimabilanz der Anlage ist ausgezeichnet. Zwar gibt es durchaus nennenswerte CO2-Emissionen, jedoch sind diese deutlich geringer als die Mengen, die beim Pflanzenwachstum ursprünglich aufgenommen wurden und die wieder in die Atmosphäre gingen, wenn man das Holz beispielsweise einfach verrotten ließe. Deswegen wird der Atmosphäre netto sogar viel Kohlenstoff entzogen; dieser landet in der erzeugten Biokohle. Bei der Nutzung derselben z. B. zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft und als Futterzusatz in der Viehhaltung wird der meiste Kohlenstoff gebunden bleiben, also für lange Zeit nicht mehr in die Atmosphäre gelangen. Und gleichzeitig wird eine große Menge Energie zur Verfügung gestellt, die somit nicht mehr mit fossilen Energieträgern erzeugt werden muss.

Diese Art der Holznutzung kann also sogar als klimapositiv bezeichnet werden: Sie bringt nicht nur verminderte Emissionen gegenüber gängigen Alternativen, sondern kompensiert sogar andere Arten des Energieverbrauchs.

Vergleich mit anderen Methoden

Eine viel bekanntere Methode der Holznutzung ist die Verbrennung zwecks Erzeugung von Wärme; die wichtigsten Unterschiede zur hier vorgestellten Methode mit Holzvergasung sind:

  • Bei der Verbrennung gelangt der Kohlenstoff vollständig als CO2 in die Atmosphäre, weil keine Biokohle entsteht, sondern höchstens eine relativ geringe Menge von Ruß.
  • Im Prinzip könnte ein Teil der Wärme in Strom umgewandelt werden, aber dies erfolgt häufig nicht, weil es technisch aufwendiger wäre. Wenn aber alle erzeugte Energie als Heizwärme abgegeben wird, hat man damit eine relativ niederwertige Energieform. Es ist viel vorteilhafter, einen wesentlichen Anteil (z. B. ein Drittel der Energie) als Strom zu erhalten; damit könnte man beispielsweise mit Elektrowärmepumpen ein Vielfaches an Heizwärme erzeugen. Auch deswegen ist es sinnvoll, die Vergasung zu betreiben, weil die Stromerzeugung mit dem erzeugten Gas einfacher wird.
  • Ein Nachteil der Vergasung ist lediglich, dass die dafür benötigte Technik deutlich aufwendiger ist. Sie ist heute jedoch kommerziell verfügbar.

Die Abgasqualität wäre bei Verbrennung und Vergasung ähnlich hoch, wenn beides in einer größeren Anlage passiert, die mit einer entsprechenden Abgasreinigung ausgestattet ist (wie es natürlich auch in Frauenfeld der Fall ist). Anders ist es bei der Verbrennung von Holz in Klein- und Kleinstanlagen, die aus wirtschaftlichen Gründen keine ordentliche Abgasreinigung betreiben können und oft hohe Emissionen verursachen, vor allem von Feinstaub.

Ein weiterer Nachteil von Kleinfeuerungen ist, dass diese meist eine höhere Holzqualität benötigen, während die genannte Vergasungsanlage Restholz aller Art verwerten kann, beispielsweise Holz aus der Landschaftspflege oder stark von Schädlingen befallenes Holz, welches auch z. B. als Bauholz nicht mehr geeignet wäre.

Aus diesen Gründen ist die Nutzung von Restholz in einer Vergasungsanlage wie hier vorgestellt sicherlich die sinnvollste; man erzeugt hiermit den größten Nutzen ohne wesentliche Belastungen anderer Art, etwa Luftbelastung durch Feinstaub. Bei qualitativ hochwertigem Holz bietet sich dagegen die Nutzung als Bauholz an, evtl. mit späterer energetischer Verwertung.

Wirtschaftlichkeit

Prognosen zur Wirtschaftlichkeit sind schwierig, da diese von diversen Parametern abhängt, die sich aus diversen Gründen ständig ändern können – zum Beispiel:

  • Die Vergütungen für den erzeugten Strom und die abgegebene Wärme sind nicht langfristig vorhersehbar. Dieses Risiko wird hier über einen vom Staat gesicherten Stromvergütungssatz für die Betreiberin vermieden.
  • Die Kosten für das angelieferte Rohmaterial schwanken unvorhersehbar – ähnlich wie die Kosten für fossile Energieträger, mit denen es zu konkurrieren gilt.
  • Da es noch keinen großen Erfahrungsschatz mit dem Betrieb solcher Anlagen gibt, sind die Lebensdauer und der Aufwand für Betrieb und Instandhaltung nicht präzise abschätzbar.

Deswegen können solche Anlagen vorerst nur mit einer gewissen staatlichen Förderung gebaut und betrieben werden, in diesem Falle durch das Programm EVS des Bundesamts für Energie.

Funktion für die Region

Das Holzheizkraftwerk wird vor allem in erheblichen Maße dazu beitragen, die große Abhängigkeit von fossilen Energieträgern im Heizungsbereich zu vermindern. Dies reduziert auch beispielsweise im kommenden Winter die Risiken einer möglichen schweren Gaskrise durch den Konflikt mit Russland: Je mehr Erdgas durch erneuerbare Energie ersetzt wird, desto geringer ist die Gefahr, dass in einer Krise Notlagen durch mangelnde Versorgung und finanzielle Schäden durch Preisexplosionen auftreten. Gleichzeitig sind weitere Beiträge zur Stromerzeugung natürlich sehr willkommen, vor allem im Winter, da die Schweiz einen zunehmenden Mangel an Winterstrom hat und noch keinen griffigen Plan zu dessen Behebung.

Ein wesentlicher Teil des Potenzials für die Versorgung mit Restholz aus der Region ist mit diesem Projekt ausgeschöpft. Dies bedeutet, dass man diesen Beitrag zur Strom- und Wärmeerzeugung nicht beliebig weiter ausbauen kann. Solche Anlagen an anderen Standorten werden sicherlich sehr sinnvoll sein, aber die Region muss diverse weitere Möglichkeiten ausschöpfen, um ihre immer noch enorme Abhängigkeit von fossilen Energieträgern rapide zu vermindern. (In Frauenfeld werden bislang 94 % des Heizwärmebedarfs mit Heizöl und Erdgas abgedeckt!) Beispiele für nötige Maßnahmen:

  • Die energetische Sanierung von Gebäuden muss massiv beschleunigt werden, da der Heizwärmebedarf vor allem des Bestands an älteren Häusern viel zu hoch ist. Einen großen Teil hiervon wird man über weitere Nahwärmenetze (z. B. gespiesen von großen Wärmepumpen) sowie mit dezentralen Wärmepumpen decken können, aber dafür wird man auch zusätzliche Mengen grünen Stroms benötigen.
  • Die Nutzung von Sonnenenergie und besonders auch von Windenergie muss endlich zügig ausgebaut werden, vor allem um den Mangel an Winterstrom zu verringern. Hier ist die Schweiz bislang noch sehr wenig vorangekommen, obwohl mittelfristig mehrere Kernkraftwerke zu ersetzen sind. Es besteht hier also noch eine erhebliche Lücke, weswegen auch der Wärmebedarf nach Kräften zu minimieren ist, um weniger mit Wärmepumpen abdecken zu müssen – die übrigens schon wegen begrenzter Kapazitäten der Lieferanten nicht in beliebigem Umfang vermehrt werden können.
  • Der Verkehrssektor muss schnell dekarbonisiert werden. Bislang ist beispielsweise die schweizerische Flotte von Autos (mit einem großen Anteil von schweren und stark motorisierten Benzin- und Dieselfahrzeugen) alles andere als zukunftsfähig, im europaweiten Vergleich sogar besonders schlecht.
  • Auch im Gewerbe gibt es noch viel zu tun, um beispielsweise die Abhängigkeit von Erdgas für Prozesswärme zu vermindern und die Energieeffizienz weiter zu verbessern. Immerhin sind wesentliche Teile von Industrie und Gewerbe bezüglich Einsichten und Lösungen schon einiges weiter als die Politik und die allgemeine Bevölkerung.

Man darf sich also durchaus freuen über das neue Holzheizkraftwerk, sollte sich aber nun nicht selbstzufrieden zurücklehnen, sondern Energiewende und Klimaschutz mit weiteren entschiedenen Schritten vorantreiben.

Dieser Artikel erschien als Teil des RP-Energie-Blogs von Dr. Rüdiger Paschotta. Sie können Links auf diese Seite setzen, da ihre Adresse permanent ist, und die Seite auch zitieren. Siehe auch das RP-Energie-Lexikon.

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