Marktbedeutung von Holzhackschnitzel
Normung und Klassifizierung von Holzhackschnitzeln
Eigenschaften von Holzhackschnitzeln
Herstellung von Holzhackschnitzeln
Bauarten und Einsatzgebiete von Hackschnitzelfeuerungen
Umweltwirkungen von Hackschnitzelfeuerungen
Kosten und Wirtschaftlichkeit
Marktbedeutung von Holzhackschnitzel
Für den Einsatz in Hackschnitzelheizungen haben vor allem Waldrestholz und Schwachholz aus der Durchforstung sowie chemisch unbehandeltes Industrierestholz und Gebrauchtholz Bedeutung. Daneben finden Holzhackschnitzel aus der Landschaftspflege und aus landwirtschaftlichen Kurzumtriebsplantagen ein zunehmendes Interesse.
Die Betrachtung des Holzeinsatzes zur Wärmeversorgung der privaten Haushalte im Jahr 2012 zeigt, dass Holzhackschnitzel mit einem Anteil von nur 3,1 % daran beteiligt sind. Korrespondierend mit der großen Zahl handbeschickter Einzelfeuerstätten (u.a. Kaminöfen, Heizkamine und Kachelöfen mit einem Anteil von über 90 % an den etwa 9 Millionen Festbrennstofffeuerungen) dominiert hier der Einsatz von Scheitholz und Schnittholzresten.
Bei einem Einsatz von insgesamt 20,7 Mio. Festmeter Holz wurden also rd. 230.000 Festmeter bzw. 580.000 Schüttraummeter Holzhackschnitzel in privaten Hackschnitzelheizungen eingesetzt.
In Hackschnitzel-Heizwerken < 1 Megawatt Feuerungswärmeleistung, wie sie vorwiegend im kommunalen und gewerblichen Bereich zum Einsatz kommen, wurden ca. 9 Mio. Schüttraummeter und in Heizwerken bzw. Biomassekraftwerken > 1 Megawatt ca. 39 Mio. Schüttraummeter Holzhackschnitzel bzw. Schreddergut verfeuert.
Während in privaten Anlagen und Heizwerken < 1 MW der Einsatz von Waldholzhackschnitzeln dominiert, wird in den größeren Biomasseanlagen ausschließlich oder überwiegend Gebrauchtholz und Industrierestholz eingesetzt.
Normung und Klassifizierung von Holzhackschnitzeln
Holzhackschnitzel werden in Deutschland – in Ermangelung entsprechender DIN-Normen – ohne Normenbezug oder entsprechend der Klassifizierung nach österreichischer Norm M7133 gehandelt. Als wesentliche Eigenschaftsparameter werden dabei Anforderungen an die Größe der Hackschnitzel (z.B. G30 für Hackschnitzel mit einem Querschnitt von max. 3 cm2 und G50 für Hackschnitzel mit einem Querschnitt von max. 5 cm2) sowie an den Wassergehalt (z.B. W35 für Hackschnitzel mit einem Wassergehalt von maximal 35 %) festgelegt.
Die ÖNORM M7133 wird künftig in den neuen europäischen Normen aufgehen. Im Europäischen Komitee für Normung CEN hat das Technische Komitee CEN/TC 335 "Feste Biobrennstoffe" mit Unterstützung der Biomasseexperten in den so genannten Spiegelkomitees der verschiedenen EU-Länder rund 30 europäische Normen auf diesem Gebiet entwickelt. In dem Normungswerk werden feste Biobrennstoffe aus Produkten der Land- und Forstwirtschaft, aus pflanzlichen Abfällen aus Land- und Forstwirtschaft und der Nahrungs- und Futtermittelindustrie sowie Holz- und Korkabfälle einbezogen. Die Normen regeln die Terminologie, Spezifizierung und Klassierung von Biobrennstoffen, die Probennahme und Probenaufbereitung, physikalische, mechanische und chemische Prüf- und Analyseverfahren und die Qualitätssicherung von Biobrennstoffen.
Eine von bisher 27 veröffentlichten Normen ist die CEN/TS 14961: 2005 "Feste Biobrennstoffe – Brennstoffspezifikationen und -klassen", die als erste Norm für feste Biobrennstoffe europaweit gilt. In ihr werden Klassen und Spezifikationen für folgende Parameter festgelegt:
Wassergehalt,
Aschegehalt,
Korngrößenverteilung,
Schüttraumdichte,
Stickstoff- und Chlorgehalt,
Heiz- bzw. Brennwert.
Die Qualität der Hackschnitzel wird – wie bisher entsprechend der ÖNORM M 7133 - durch die Einteilung in Klassen ausgedrückt. Neben den Brennstoffanbietern orientieren sich auch Kesselhersteller an diesen Klassen und geben in der Betriebs- und Bedienungsanleitung die für das Produkt zulässigen bzw. geeigneten Brennstoffklassen an. Von den bisher üblichen Klassen nach ÖNORM wird künftig auf Klassen gemäß CEN/TS 14961 übergegangen. Weiterhin bieten erste Dienstleister die Zertifizierung von Hackschnitzeln an. Wesentliches Ziel der Zertifizierung ist die Verifizierung der Produzenten- bzw. Händlerangaben durch eine unabhängige Kontrollstelle und damit die Stärkung des Vertrauens des Kunden in das Produkt Hackschnitzel bzw. die Leistungsfähigkeit des Anbieters.
Insbesondere für die Betreiber kleinerer Hackschnitzelheizungen mit Austragungs- und Fördersystemen, die nicht auf die Förderung größerer Anteile Feinmaterial oder Hackgut mit erheblicher Überlänge ausgelegt sind, bieten die Normen und Zertifizierungsangebote die Möglichkeit, klassifizierte Hackschnitzel einzukaufen, die einen störungsfreien Anlagenbetrieb gewährleisten. Weiterhin wird erwartet, das der Handel mit Holzhackschnitzeln auf regionaler und überregionaler Ebene hiermit maßgeblich belebt werden kann.
Der Handel mit Holzhackschnitzeln erfolgt in Deutschland bisher teilweise in Bezug auf die österreichische Norm M7133, oft jedoch ohne Normenbezug und ohne klare Charakterisierung der qualitäts- und wertbestimmenden Eigenschaften. Die breite Berücksichtigung und Anwendung der Hackschnitzel-Normen kann wesentlich zur Entwicklung eines funktionierenden Hackschnitzel-Brennstoffmarktes in Deutschland beitragen.
Für die Entwicklung des Marktes sind – neben einer hinreichend großen Anzahl Marktbeteiligter - Anbieter und Nachfrager – klare Beschreibungen der Eigenschafts-/Qualitätsmerkmale und einfache und kostengünstige Methoden zu deren Bestimmung bzw. Überprüfung sowie Maßnahmen zur Qualitätssicherung erforderlich. Die im Normungskomitee CEN/TC 335 "Feste Biobrennstoffe" erstellten Normen wie die CEN TS 14961 zur Hackschnitzelklassifizierung in Verbindung mit weiteren CEN-Biobrennstoffnormen zur Probennahme und Probenaufbereitung sowie –analyse bieten nunmehr die Voraussetzungen, eine höhere Stufe der Marktentwicklung bei Hackschnitzeln und Hackschnitzelheizungen zu erreichen.
Eigenschaften von Holzhackschnitzeln
Die wesentlichen Eigenschaftsmerkmale von Holzhackschnitzeln sind – wie bereits durch die zuvor beschriebene Klassifizierung deutlich wurde - Wassergehalt, Größe und Größenverteilung sowie Aschegehalt. Während der Energiegehalt von Holz in nur geringem Maße von der Baumart abhängt, hat der Wassergehalt diesbezüglich große Bedeutung. Zudem ist der Wassergehalt maßgeblich für die Lagerfähigkeit von Holzhackschnitzeln. Holzhackschnitzel werden bei Wassergehalten unter 30 % als „für die Lagerung geeignet“ eingestuft, d.h. es ist mit keinem (bzw. keinem weiteren) mikrobiellen Abbau von Holz und damit Masse- und Energieverlusten zu rechnen. Der Wassergehalt von waldfrischem Hackgut liegt bei ca. 50 % bis 60 %. Es empfiehlt sich daher, Holz erst nach dem Vortrocknen zu hacken. Die folgende Tabelle gibt den Heizwert von Hackschnitzeln in Abhängigkeit vom Wassergehalt an. Erntefrisches Nadelholz hat einen Heizwert von ca. 2 kWh je kg, durch Trocknung auf einen Wassergehalt von 20 % kann der Heizwert der Hackschnitzel auf 4 kWh je kg durchaus verdoppelt werden.
Die Schüttdichte ist eine weitere Haupteigenschaft der Hackschnitzel (und anderer Festbrennstoffe). Sie bestimmt u.a. die Energiedichte des Brennstoffs und steht damit in unmittelbarem Zusammenhang mit dem für die Lagerung und für den Transport einer bestimmten Energiemenge benötigten Raumvolumens.
Aufgrund der unterschiedlichen Rohdichte des Holzes verschiedener Baumarten kann daher – trotz vergleichbaren Energiegehalts je kg Holz - der Energiegehalt je Volumeneinheit stark variieren und damit auch der Raumbedarf für den Transport oder die Einlagerung einer bestimmten Energiemenge. Dies wirkt sich nicht zuletzt auf die Menge Holz aus, die je Zeiteinheit in den Brennraum befördert und im Brennraum verbrannt werden muss, um die gleiche Wärmeleistung zu erzielen.
Während Hackschnitzel (mit 20 % Wassergehalt) aus Eiche und Buche einen Heizwert von etwa 1100 kWh je Schüttraummeter aufweisen, liegen solche aus Pappelholz mit etwa 680 kWh je Schüttraummeter deutlich darunter. Entsprechend müssten, um z.B. den Jahresbedarf eines Mehrfamilienhauses von 44 MWh abzudecken, entweder 40 Schüttraummeter Eiche- und Buche-Hackschnitzel oder 65 Schüttraummeter Pappel-Hackschnitzel bereitgestellt werden.
Herstellung von Holzhackschnitzeln
Für die Herstellung von Holzhackschnitzeln, insbesondere Waldhackschnitzeln sowie Hackgut aus Garten- und Landschaftspflege, kommen mobile oder stationäre Hacker zum Einsatz. Im industriellen Bereich werden auch Zerspaner eingesetzt. Die zur Alterholzzerkleinerung und –aufbereitung eingesetzten stationären Maschinen mit langsam laufenden Wellen und stumpfen Werkzeugen (Brecher, Schredder) erzeugen so genanntes Schredderholz.
Hacker stehen in unterschiedlicher Bauart und mit verschiedenen Leistungsspektren als Scheibenhacker, Trommelhacker oder Schneckenhacker zur Verfügung. Sie werden als selbst fahrende Arbeitsmaschinen oder als Anbau- bzw. Aufbaugeräte für Traktoren und Lastkraftwagen angeboten. Auf Biomassehöfen bzw. auf den Hackplätzen der Heiz(kraft)werke kommen auch stationäre Hacker zur Anwendung. Je nach den regionalen und betrieblichen Gegebenheiten ist die eigene Anschaffung, der überbetriebliche Einsatz in Maschinenringen oder Forstbetriebsgemeinschaften bzw. Waldbesitzervereinigungen oder die Lohndienstleistung durch Forstlohnunternehmen bzw. Baum-/Gehölzpflegeunternehmen zu bevorzugen.
Die überwiegende Zahl der Betreiber von Kleinfeuerungsanlagen erzeugt die benötigten Hackschnitzel selbst durch Einsatz des eigenen Hackers bzw. durch Inanspruchnahme der Dienstleistung eines Lohnhackers. Es ist demzufolge davon auszugehen, dass Hackschnitzelheizungen vorwiegend in Wohnhäusern und Betrieben im Umfeld der Land-, Forst- und Holzwirtschaft genutzt werden. Eine Evaluierung der im Bundesland Nordrhein-Westfalen geförderten Hackschnitzel-Heizungen ergab, dass sogar 70 % der Betreiber von Hackschnitzelheizungen ihr Hackgut selbst herstellen.
Die Bereitstellung von Holzhackschnitzel erfolgt – je nach Art und Herkunft - auf verschiedenstem Wege und mit einer enormen Spanne von Preis und Qualität. Selbst innerhalb einer Hackschnitzelart, z.B. Waldhackschnitzel, ist die Spanne von Preis und Qualität beachtlich. So ergaben die Preiserhebungen von CARMEN e.V. (www.carmen-ev.de) für Waldhackschnitzel mit 35 % Wassergehalt im 1. Quartal 2007 einen mittleren Preis von 72 Euro je Tonne bei einer Schwankungsbreite von 50 Euro bis über 110 Euro.
Ein Vergleich zu anderen Brennstoffen macht deutlich, das Holzhackschnitzel ein vergleichsweise preiswerter Brennstoff sind. Die folgende Grafik verdeutlicht – in Cent je Liter Heizöläquivalent – die Preisentwicklung verschiedener fossiler Brennstoffe und Biobrennstoffe.
Bauarten und Einsatzgebiete von Hackschnitzelfeuerungen
Hackschnitzelfeuerungen zählen zu den automatisch beschickten Biomassefeuerungen. Sie werden in einem breiten Leistungsspektrum ab 15 kW und bis in den höheren 2-stelligen Megawatt-Bereich eingesetzt. Hackschnitzelfeuerungen kommen seit längerem erfolgreich als Heizwerke bzw. Heizkraftwerke im kommunalen und gewerblichen Bereich sowie als Kraftwerke im industriellen Bereich zur Anwendung. Im Zuge der erheblichen Preissteigerungen für fossile Energieträger und der wachsenden Modellanzahl kleinerer Hackschnitzel-Heizungen finden sie seit einigen Jahren auch im Bereich der Ein- und Mehrfamilienhäuser, in der Landwirtschaft und im Garten- und Landschaftsbau zunehmendes Interesse.
Im Kleinanlagenbereich fertigen zwei Drittel der Hersteller Hackschnitzelanlagen mit Rostfeuerung, ein Viertel fertigt Unterschubfeuerungen und 12 % bauen Quereinschubfeuerungen ohne Rost ein. Als weitere Varianten bzw. Entwicklungen sind Drehrostfeuerungen (bei größeren Feuerungen), Rüttelroste, Rollroste und Kipproste zu nennen. Mit diesen Entwicklungen wird eine Auflockerung des Glutbetts und somit ein besserer Ausbrand sowie eine bessere Rostentaschung bezweckt. Dies ist insbesondere dann von Relevanz, wenn auch Brennstoffe mit hohem Aschegehalt und geringer Ascheerweichungstemperatur (Schlackebildung) zum Einsatz kommen sollen, wie z.B. Stroh/Strohpellets, Miscanthus, Getreide, Rinde und verunreinigte Hackschnitzel aus Landschaftspflege oder Kompostieranlagen. Am Markt werden solche Anlagen zunehmend nachgefragt.
Eine Hackschnitzel-Heizungsanlage besteht in der Regel aus folgenden Anlagenkomponenten:
Brennstofflager/-silo mit Befüllvorrichtung und Austragungssystem
Brennstoffförderung zur Feuerung
Hackschnitzel-Feuerung/-Heizkessel
Wärmeabgabesystem, Brauchwasserspeicher und ggf. Pufferspeicher
Abgasanlage (Schornstein und ggf. sekundäre Rauchgasreinigung)
Ascheaustragssystem
Kleine Hackschnitzelheizungen werden von den Kunden/Bauherren meist direkt über den Hersteller bzw. Heizungsbauer bezogen und von diesen bzw. in deren Regie samt aller Anlagenkomponenten geplant und installiert. Bei größeren Hackschnitzelheizungen werden meist auf Biomasseanlagen spezialisierte Ingenieurbüros mit der Planung und Umsetzung des Projekts beauftragt. Bei den in den Jahren 2004/2005 aus dem Marktanreizprogramm geförderten Hackschnitzelheizungen von 15 bis 100 kW handelt es sich in fast allen Fällen um Erstanlagen und nicht um Austausch/Erneuerung einer bereits vorhandenen Hackschnitzelfeuerung. Die Feststellung, dass in 95 % aller Fälle auch eine Raumaustragung (Lagerentnahme) eingebaut wurde, deutet darauf hin, dass bisher keine entsprechende Altanlage vorhanden war und dass Anlagen mit Vorratsbehälter zur manuellen Befüllung keine nennenswerte Bedeutung haben.
Umweltwirkungen von Hackschnitzelfeuerungen
In der Energie- und Klimapolitik der Bundesregierung, die das Ziel einer wirtschaftlichen, sicheren und umweltverträglichen Versorgung verfolgt, wird auch der Biomassenutzung und insbesondere dem Einsatz von Holzhackschnitzeln zur Wärmeversorgung hoher Stellenwert beigemessen. Neben der finanziellen Förderung von Hackschnitzelheizungen und –Heizwerken aus Programmen des Bundesumweltministeriums (www.kfw-foerderbank.de, www.bafa.de ) werden Maßnahmen zur Mobilisierung zusätzlicher, bisher ungenutzter Waldholzpotenziale und zur Erzeugung von Hackschnitzeln in landwirtschaftlichen Kurzumtriebsplantagen gefördert.
Im Rahmen der Studie „Schlüsseldaten Klimagasemissionen - Welchen Beitrag kann die Biomasse zum Klimaschutz leisten?“ ist das Institut für Energetik und Umwelt (IE) Leipzig der Frage nachgegangen, welchen Beitrag die Biomasse zum Klimaschutz leisten und welchen Stellenwert die Biomassenutzung in Strategien zum Klimaschutz einnehmen kann.
Im Ergebnis werden der Wärmebereitstellung mit den verschiedenen auf Holz basierenden Bioenergieträger die geringsten Klimagasemissionen bescheinigt. Die Biomassenutzung in Kleinanlagen weist tendenziell geringere Klimagasemissionen als beim Einsatz in Großanlagen auf. Im Vergleich mit den Wärmebereitstellung auf Basis fossiler Energieträger können mit der Biomassenutzung bis zu 90 % der Klimagasemissionen vermieden werden.
Die Aufarbeitung von Holz zu Scheitholz oder Hackschnitzeln erfordert einen nur sehr geringen Arbeits-, Maschinen- und Energieaufwand. Selbst bei einem etwas höherem Aufwand, wie er für die Erzeugung von Hackschnitzeln aus landwirtschaftlichen Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln bzw. Weiden oder für die Erzeugung von Pellets aus Holz oder Stroh erforderlich ist, liegen die Klimagasemissionen der verschiedenen Biomassevarianten um ein vielfaches unter denen der Wärmebereitstellung mittels Öl- und Gasheizungen. Der Unterschied zwischen Groß- und Kleinanlagen bzw. die deutlichen Vorteile der Kleinanlagen sind auf deren wesentlich höhere Effizienz (höhere Kesselwirkungsgrade, höhere Jahresnutzungsgrade) zurückzuführen.
Für den Betrieb von Feuerungsanlagen mit Feuerungswärmeleistungen bis 1000 kW mit Holzbrennstoffen gelten die Bestimmungen der 1. Bundesimmissionsschutzverordnung (1. BImSchV, Kleinfeuerungsanlagen-Verordnung). Moderne Hackschnitzelheizungen zeichnen sich durch sehr hohe Kesselwirkungsgrade aus, die bei modernen Kesseln entsprechend den Messergebnissen der Bauartprüfung im Vollast- und Teillastbereich zwischen 90 und 93 % liegen. Die Schadstoffemissionen von Hackschnitzelheizungen liegen meist sehr deutlich unter den Anforderungen der 1. BImSchV für Staub und Kohlenmonoxid und vielfach sogar unter den strengeren Anforderungen der TA Luft.
In Abwägung technischer, wirtschaftlicher und sozialer Aspekte können bei Hackschnitzel-Heizwerken z.B. in Ballungsräumen ggf. auch– obwohl es rechtlich nicht erforderlich wäre - zusätzliche Staubfiltereinrichtungen eingesetzt werden, um die Staubemissionen so gering wie möglich zu halten.
Von Transport und Lagerung von Holzbrennstoffen gehen keine besonderen Umwelt- und Gesundheitsrisiken aus. Die Nutzung von Holzhackschnitzeln erfolgt in nachhaltiger Waldbewirtschaftung und in regionalen, geschlossenen Wirtschaftskreisläufen
Kosten und Wirtschaftlichkeit
Hackschnitzel-Heizungen bestehen aus deutlich mehr Anlagenkomponenten als z.B. Öl- oder Gasheizungen: Hackschnitzelsilo/-lager mit Austragungssystem, Hackschnitzel-Förderanlage, Kessel mit Sicherheitssystem (Rückbrandsicherung, Sicherheitswärmetauscher), Ascheaustragung und ggf. Aschelagerbehälter, ggf. Pufferspeicher. Auch der Platzbedarf für Heizraum und Lager/Silo ist größer. Entsprechend liegen auch die Investitionen in Hackschnitzelheizungen deutlich höher.
Die Evaluierung von 55 im Jahr 2004/2005 aus dem Marktanreizprogramm der Bundesregierung geförderten Hackschnitzelheizungen von 25 bis 100 kW zeigt erhebliche Spannen in den Investitionskosten auf:
Investitionskosten Hackschnitzelheizungen von 25 bis 100 kW
Hackschnitzelfeuerung
100 – 320 Euro/kW
Zubehör-/Installationsteile
10 – 150 Euro/kW
Raumaustragung (ohne Lagerraum/Silo)
10 – 160 Euro/kW
Montage
10 – 80 Euro/kW
Die mittleren spezifischen Investitionskosten gehen mit zunehmender Anlagenleistung zurück. Sie betragen bei einer 35-kW-Hackschnitzelheizung rd. 680 Euro je kW und bei einer 60-kW-Hackschnitzelheizung rd. 450 Euro je kW. Die Kostenstruktur einer Investitionsmaßnahme "Hackschnitzelheizung" ist beispielhaft in der folgenden Abbildung dargestellt:
Kostenstruktur von Hackschnitzel-Heizungsanlagen (15 kW bis 100 kW, Quelle: Evaluierung zum Marktanreizprogramm, ZSW/TFZ 2006)
Auf die Feuerung mit Kessel und Steuerung/Regelung entfallen etwa 67 % der Kosten.
Rund 17 % der Kosten entfallen auf die Raumaustragung und Brennstofffördereinrichtung. Weitere Kostenträger sind die Peripherieteile (u.a. Pumpen, Mischer, Rohre, Ausdehnungsgefäße, Verteiler, Armaturen, Entlüftung, Verbrauchsmaterial) mit ca. 13 % und die Montageleistung mit ca. 7 %. Auch der Pufferspeicher ist mit ca. 7 % in Ansatz zu bringen.
Nicht berücksichtigt sind hierbei bauliche Maßnahmen für Heizraum, Hackschnitzellager/Silo, Schornstein, hydraulische Einbindung sowie evtl. Planungsleistungen.
Bei den Biomasseanlagen sind höhere Investitionskosten und somit höhere jährliche Kapitalkosten im Vergleich zu Öl- oder Gaskesseln gegeben. Allerdings werden die höheren Kapitalkosten insbesondere bei Hackschnitzelheizungen – je nach Brennstoffverbrauch - durch die geringeren Brennstoffkosten aufgewogen.
Die Brennstoffkosten als wesentliche verbrauchsgebundene Kosten bestimmen das Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung maßgeblich. Bei den gezeigten Berechnungsbespielen mit durchschnittlichem Heizwärmebedarf erweist sich die Hackschnitzelheizung bereits als wirtschaftlich. Im Falle größeren Jahresheizwärmebedarfs erhöht sich die Vorzüglichkeit der Hackschnitzelheizung.
In der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist die Erwartung einer künftig weiter auseinander laufen Preisschere zwischen fossilen Brennstoffen und Holzhackschnitzeln nicht berücksichtigt. Auch hieraus kann eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Hackschnitzelheizungen resultieren.
Damit wird deutlich, dass die Entscheidung für eine Hackschnitzel-Heizung oftmals eine wirtschaftlichen Erfolg versprechende Option darstellt.
