2052_Holzgas ber Gasleitungen_Hirsch

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Holzgas über Gasleitungen
Kurzzusammenfassung
Unser Beitrag zum Ideenwettbewerb der Innovationsagentur ist im heurigen Jahr eine Studie
über die Erzeugung von Holzgas und dessen Einspeisung und Weiterleitung in vorhandenen
Erdgasleitungen.
Dies klingt zwar einfach, aber das ist auch ganz in unserem Sinn, denn nur ein einfaches
und billiges Verfahren hat bei den geltenden Energiepreisen unter wirtschaftlichen
Gesichtspunkten eine Realisierungschance.
Sehr viele Faktoren spielen bei der Untersuchung dieser Aufgabenstellung eine Rolle.
Der verfahrenstechnische Teil ist zusammen mit dem wirtschaftlichen sicher von größter
Wichtigkeit. Die Realisierung des Projektes ist zum momentanen Zeitpunkt vor allem aber
aus ökologischen Gründen attraktiv und erstrebenswert, wobei die von Österreich auf der
Umweltkonferenz in Kyoto eingegangenen Verpflichtungen einen maßgeblichen Anteil
spielen sollten.
Da es verschiedene Verfahren zur Herstellung des Holzgases gibt, behandeln wir nur
Verfahren, die uns ökonomisch und technisch sinnvoll erscheinen.
Auch die Standortfrage versuchen wir zu beantworten, da auch sie in die Gesamtsicht eines
derartigen Projektes hineingehört.
Bevor die Detailaspekte angesprochen werden, soll eine Grafik die Projektidee zeigen:
Wie kommt das Holz in die Gasleitung?
Holzgas &
Erdgas
Entrindung
Rindenverbrennung
Übernahme
Lager
Rundholz
Zerkleinerung
Restholz
Holzvergaser
Hackgut
Sägespäne
Pelletier
-anlage
Lager
Pellets
Lager
Erdgas
Bild 1: Stationen der Holzvergasung und des Transportes über Gasleitungen
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Holzgas über Gasleitungen
1. Positive Beiträge des Projektes „Holzgas über Gasleitungen“
1.1. Ökologische Gesichtspunkte
Österreich ist eines der waldreichsten Länder Europas. Die periodische Waldinventur –
letztmalig 1996 durchgeführt - zeigt, dass in Österreich die Waldfläche und der auf ihr
stehende Wald zunimmt. Dies gilt insbesondere für den Kleinwaldbereich. Durch
Konzentrationsprozesse werden Grenzertragsböden aus der landwirtschaftlichen Produktion
genommen, die oft aufgeforstet werden.
Österreich deckt den Großteil seines Energiebedarfes mit fossilen Energieträgern. Lange
Zeit waren sie hauptverantwortlich für die steigende Umweltbelastung und damit verbundene
Schäden an der Umwelt und den Wirtschaftsgütern. Erst Verbesserungen der chemischen
Verfahrenstechnik machten in den letzten zwanzig Jahren wesentliche Fortschritte
hinsichtlich der Schadstoffemissionen möglich. Besonders die Schwefel- und die
Stickstoffverbindungen wurden durch Rauchgasreinigungstechniken und auch durch bessere
fossile Brennstoffe deutlich reduziert.
Das Problem „Emission“ ist damit leider aber nicht gelöst. Weltweit sind sich Wissenschafter
weitgehend einig, dass der Einsatz der fossilen Energieträger und die damit verbundenen
Kohlendioxid-Emissionen maßgeblich zu einer Erwärmung der Atmosphäre beitragen. Damit
verbundene Erscheinungen wie das Ansteigen des Meeresspiegels oder der Anstieg der
Temperatur in den Alpen führen zu erheblichen Schwierigkeiten. Nur durch weltweites und
langdauerndes sicheres Gegensteuern können die vorhersehbaren Auswirkungen
abgeschwächt werden.
Deshalb kommt dem biogenen Energieträger Holz in Österreich eine besondere Bedeutung
zu: Da Holz ein CO2-neutraler Rohstoff ist, kann er ideal zu Energiezwecken genutzt werden.
Entsprechende Vorschläge und Projekte sind zahlreich und viele wurden bereits mit gutem
Erfolg realisiert.
Ein großes Problem in den meisten Fällen war bislang nur die Form des Energieträgers (fest)
und dadurch bedingt der Transport, der hauptsächlich mit Lastkraftwagen oder der
Eisenbahn durchgeführt wurde.
Die Biomasse, im speziellen Holz, wird im allgemeinen in kleinen Mengen per LKW
transportiert. Fossile Brennstoffe hingegen werden in relativ großen Mengen per Bahn, per
Schiff oder per Pipeline angeliefert. Der übliche Transport der Biomasse und ihre geringe
Energiedichte sind dafür verantwortlich, dass der Energiepreis durch die Transportkosten
wesentlich stärker erhöht wird als dies bei fossilen Brennstoffen der Fall ist.
Die heute gültige Regel lautet daher auch
"Biomasse wächst dezentral und soll nicht weit transportiert werden !"
oder :
"Die dezentral wachsende Biomasse soll dezentral genutzt werden !"
(W.Schaller, ARGE Erneuerbare Energie, 3/95)
Als Folge davon wurden und werden sogenannte „1%-Kraftwerke“ errichtet, die trotz
moderner Technik im Vergleich zu Großanlagen unverhältnismäßig teuer sind.
Unsere Überlegungen beziehen sich genau auf dieses logistische Problem. Wir schlagen
vor, den umweltfreundlichen Energieträger Holz zu vergasen und dem Erdgas beizumengen!
In Gasform kann man dann „Holz“ über weite Strecken in vorhandenen Gasleitungen
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Holzgas über Gasleitungen
transportieren und auch Menschen, die in der Stadt wohnen, mit dem umweltfreundlichen
regenerativen Energieträger versorgen.
Die Reichweite des Energieträgers „Holz“ kann so schlagartig auf den Großteil des
Erdgasversorgungsnetzes ausgedehnt werden!
1.2.Arbeitsmarktpolitische Gesichtspunkte
Gerade die „alten Industriegebiete“ sind von der Abwanderung bedroht. Vor allem für die
jungen Menschen fehlen die weg“rationalisierten“ Arbeitsplätze und neue sind oftmals nicht
in Sicht.
Ein großes und wichtiges Ziel muss es daher sein, diese benachteiligten Regionen mit aller
Kraft zu stärken, indem neue Arbeitsplätze geschaffen werden.
Dies betrifft auch ländliche Räume, die einst den Industriegebieten zuzurechnen waren, weil
in diesen erfahrungsgemäß ein hoher Waldanteil vorherrscht.
Arbeitsplätze können dort durch die Ansiedlung eines holzverarbeitenden Betriebes wie
beispielsweise eines Holzvergaserwerkes nicht nur für Förster und Forstarbeiter geschaffen
werden, sondern auch die Techniker werden davon profitieren. Schließlich müssen Anlagen
geplant, gebaut, in Betrieb genommen, beaufsichtigt, gewartet und instandgehalten werden.
Kann die Abwanderung verhindert werden, bleibt die Infrastruktur der Gebiete erhalten und
die für die Menschen so wichtigen Warenströme fließen weiterhin.
1.3. Volkswirtschaftliche Gesichtspunkte
Der Import der für die Aufrechterhaltung unserer Wirtschaft notwendigen Energie ist teuer!
Schon kleine Schwankungen auf der Seite der Energiepreise schlagen mit riesigen Beträgen
auf der Ausgabenseite durch. Der Einzelne spürt das Ansteigen der Heizkosten und der
Treibstoffpreise, der Finanzminister sieht seinen Erfolg durch hohe Ausgaben gefährdet.
Geld, das aus Österreich und Europa abfließt, steht zu Hause nicht zur Verfügung.
Nachwachsende heimische Energieträger versprechen hier Besserung: Obwohl die
maschinelle Holzernte Stand der Technik ist und diese Geräte fast immer mit fossilen
Energieträgern angetrieben werden, ist ein Einsparungspotential durch die Substitution der
fossilen Energieträger durch Holz und andere biogene Energielieferanten gegeben.
Volkswirtschaftliche Überlegungen sind aber auch sehr eng mit den arbeitsmarktpolitischen
verbunden. Wenn die Menschen in einem Holzvergasungswerk beschäftigt werden können,
leisten diese Arbeitnehmer sowie der Betrieb Steuern und Abgaben an den Staat und an die
Gebietskörperschaften wie z.B. Gemeinden, was volkswirtschaftlich als positiv anzusehen
ist.
In erster Linie sollte das Interesse an einer Nutzung des Holzes in einer
Holzvergasungsanlage daher aus der Bevölkerung und von ihren Vertretern kommen!
Aber auch für die Holzindustrie, die Sägeindustrie, die Forstwirtschaft und den
Maschinenbau sollte die Holzvergasung praktisch eine wichtige Rolle spielen.
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Holzgas über Gasleitungen
1.4. Infrastrukturelle Gesichtspunkte
Investitionen in die Infrastruktur sind teuer und sollten daher bestmöglich ausgenützt werden.
Dort, wo bereits Anlagen und Versorgungsadern vorhanden sind, ist sicher der ideale
Standort für eine Holzvergasungsanlage.
Unbedingt notwendig sind der Anschluss an eine Gashauptleitung und möglichst viel Wald in
unmittelbarer Nähe, damit die Kosten für die Zulieferung des Rohstoffes Holz durch Bahn
und LKW nicht zu groß werden. Klarerweise sind aber auch Transportwege wie hochrangige
Straßenverbindungen und ein gut ausgebautes aktives Schienennetz erforderlich.
Ein Auswahl von geeigneten Standorten zeigt die nachfolgende Tabelle:
Bundesland
Wien
Industriestand
orte
Wien
Wald
Steiermark
Kindberg
x
x
x
x
x
Kapfenberg
Bruck/ Mur
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Graz
Vorarlberg
Gasleitung Sägewerk Autobahn Eisenbahn optimaler
Standort
x
x
x
Leoben
x
x
x
x
x
x
Liezen
x
x
x
x
x
x
Judenburg
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Bregenz
Höchst
x
Tirol
Reutte
x
Salzburg
Salzburg
x
x
x
x
Niederösterreich Raum Ternitz
Kärnten
Oberösterreich
x
x
Weinburg
x
Herzogenburg
x
Krems
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
St. Michael ob
Bleiburg
Fürnitz
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Arnoldstein
x
x
x
x
x
x
Steyr
x
x
x
Linz
x
x
x
Tabelle 1: Standorte für ein Holzgaswerk
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Holzgas über Gasleitungen
Mit der richtigen Standortwahl lassen sich die Logistikkosten minimieren. Der Standort für
eine Holzvergasungsanlage sollte folgende Eigenschaften aufweisen:
+ Anschluß an ein bestehendes Erdgasleitungsnetz
+ Kleinräumige nachhaltige Verfügbarkeit des Rohstoffes Holz
+ Gut ausgebaute aktive Infrastruktur
Erdgasleitungen sind in allen großen Industriezentren Österreichs vorhanden, aber die
Forderung nach Verfügbarkeit schränkt die Anzahl der Standorte stark ein.
Um die Versorgung mit Holz sicherzustellen, würde sich das Bundesland Steiermark, und
hier besonders die Mur-Mürzfurche, sehr gut eignen.
Mürzzuschlag ist der waldreichste Bezirk Österreichs. Wegen seiner starken industriellen
Ausrichtung ist außerdem eine ausgezeichnete Infrastruktur vorhanden. Es ist sicher auch
kein Problem, hier gut ausgebildete Mitarbeiter für die Betreuung einer
Holzvergasungsanlage zu finden.
Auch die Bezirke Bruck/Mur, Leoben, Knittelfeld, Judenburg, Murau und Liezen sind ähnlich
zu beurteilen.
Im Murtal befinden sich darüber hinaus einige große holzverarbeitende Industriebetriebe, –
in der Hauptsache Sägewerke, wobei in Leoben/Göss die Firma Mayr-Melnhof (MM) die
größte Sägeanlage der Steiermark besitzt und im Jahr ca. 1 Million Festmeter Holz
einschneidet - die eine entsprechende Infrastruktur bereits aufgebaut haben, aber wegen der
derzeitigen Produktspezialisierung, - die Sägespäne aus dem Holzeinschnitt bei MM gehen
direkt an die Firma Novopan, die daraus Holzspanplatten für den internationalen Markt
erzeugt -gegenüber anderen Standorten für die Holzvergasung keinen entscheidenden
Vorzug haben.
Attraktiv ist aber jedenfalls die Versorgung mit Restholz aus der Sägeindustrie oder alternativ
der Vergaserbetrieb mit Waldhackgut.
In beiden Tälern ist ein Anschluß an das Schienennetz der Österreichischen Bundesbahnen
vorhanden. Dadurch besteht auch die zusätzliche Möglichkeit, gegebenenfalls das Holz auch
von weit her umweltfreundlich zum Vergasungswerk zu transportieren.
Auch der Großraum Graz wäre geeignet, weil sich dort die Holzindustrie Leitinger GmbH.
befindet, die Pellets erzeugt, deren Vergasungseigenschaften bereits gut bekannt sind.
Allerdings fallen dort die positiven arbeitsmarktpolitschen Gesichtspunkte eines Standortes in
der Obersteiermark weg, und die Konzentration auf den städtischen Bereich wäre weiter
verstärkt.
Eine weiterer Standort wäre im Bundesland Kärnten der Großraum Fürnitz und Arnoldstein.
In diesem Bereich sind ebenfalls genügend Rohmaterial und eine Anbindung an das
Eisenbahnnetz vorhanden. Sollte aus Kostengründen der Materialtransport mit dem LKW
günstiger sein, ist auch das bei den angeführten Gebieten kein Problem.
In Westösterreich eignen sich nur Salzburg und Höchst in Vorarlberg für
Holzvergasungsanlagen, da vielen anderen Orten wesentliche Voraussetzungen fehlen.
In Niederösterreich würden nur der Raum Weinburg, der Bereich Ternitz/Gloggnitz oder das
Gebiet um Krems in Frage kommen.
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Holzgas über Gasleitungen
2. Verfahrensvorschläge
Die Vergasung von Holz ist eine verfahrenstechnische Aufgabenstellung, die in vielen
Varianten mehr oder weniger gut gelöst wurde. Für unser Projekt ist die wesentliche Frage
die, mit welchem Verfahren das gesteckte Ziel am besten zu erreichen ist.
Das aus dem Holzvergaser kommende Produkt soll eine Gasmischung sein, die unter
hohem Druck (ca. 50 – 100 bar) in vorhandenen Erdgasleitungen mit dem Erdgas
mittransportiert werden kann! Daraus ergibt sich, dass das Holzgas so ähnlich
zusammengesetzt sein muss wie Erdgas.
Nun ist Erdgas aber auch kein Reinstoff, sondern eine Mischung verschiedenster Gase,
dessen Zusammensetzung stark ursprungsabhängig ist.
Tabelle2: Zusammensetzung von Erdgas
Hauptkomponente aller Erdgasvorkommen ist Methan. Man findet aber auch höhere
Kohlenwasserstoffe und muss auch mit Stickstoff- und Schwefelverbindungen rechnen.
Praktisch bedeutet dies, dass auch Erdgas vor dem Transport aufbereitet werden muss und
korrosive und umweltgefährdende Substanzen entfernt werden müssen.
Auf der Suche nach einem geeigneten Vergasungsverfahren wurden wir an der TU-Wien am
Institut für Verfahrens-, Brennstoff- und Umwelttechnik der TU Wien fündig. Von Dipl. Ing.
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Holzgas über Gasleitungen
Reinhard Rauch haben wir nach Kontaktaufnahme eine Übersicht über internationale
Holzgasprojekte erhalten. Wir haben diejenigen herausgesucht, die von der
Gaszusammensetzung her am besten unserer Zielsetzung entsprechen. Die nachstehende
Tabelle gibt einen Überblick.
Betreiber / Organisation
Free University of Brussels
Free University of Brussel
University of Zaragoza,
Spain
TNEE
National Taiwan University
TU-Wien
Department of chemikal
engineering, Stockholm
University of Zaragoza,
Spain
University of Waterloo,
Ontario, Kanada
Verfahren
Fließbett
Fließbett
Fließbett mit
sekundären
Cracker
Fließbett
Fließbett
Fließbett
mit
Zirkulation
(FICFB)
DruckBlasen
Fließbett
Fließbett
Fließbett
%H2
30-35
9-11
55
%CO
15-21
15-17
20-25
%CO2
30-37
18
16-20
%N2
5-10
---
%CH4 %C2+
6-8,5 3-4
5-7
3
4-8
2-4
22,7
18,064,8
31,5
43,0
47,48,9
22,7
15,7
17,526,0
27,4
-0,0
2,8
17,0 1,4
11,0- 0,0
0,2
11,2 4,0
9,2
41,3
32,8
--
12,2
2,6
30-55
25-40
15-20
--
5-10
1,8-2,2
--
7-8
8-10
--
42-50 --
Tabelle3: Vergasungsprojekte
Bezüglich des Heizwertes werden in der Literatur folgende Daten genannt:
Betreiber / Organisation
Verfahren
Heizwert trocken [MJ/Nm³]
Free University of Brussels
TNEE
TU – Wien
Fließbett
6,7-7,0
Fließbett
17
Fließbett mit Zirkulation 13
(FICFB)
University of Zaragota, Spain
Fließbett
12-13,5
Tabelle4: Heizwert des trockenen Holzgases in Megajoule pro Normkubikmeter
Im Holzgas finden sich - je nach Vergasungsverfahren - hauptsächlich die Gase Wasserstoff
H2,
,
Kohlenmonoxid
CO,
Kohlendioxid
CO2, Methan
CH4,
längerkettige
Kohlenstoffverbindungen (C2+), Stickstoff N2, und Wasser.
Das Inertgas Kohlendioxid läßt sich bei 20°C unter einem Druck von 55 bar beziehungsweise
bei 31 °C unter Druck von 74 bar verflüssigen. Ein positiver Nebeneffekt ist, dass in Folge
der CO2-Abscheidung ein sehr trockenes Holzgas erhalten wird.
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Holzgas über Gasleitungen
Kohlenmonoxid und Wasserstoff sind brennbare Gase und stellen für die Vergasung und den
Transport in den Gasleitungen kein Problem dar. Schon zur Zeit der mit Kohle betriebenen
Gaswerke wurden diese beiden Gase in Gasleitungen transportiert, und sogar – ohne
Zündsicherung – in den Wohnungen auf Gasherden verbrannt.
Der unerwünschte Gehalt an Stickstoff kann mit dem Verfahren der Fließbettvergasung und
durch Wasser als Vergasungsmedium stark reduziert werden: Bei Verwendung von Luft zur
Vergasung erhält man bis zu 50% Stickstoff, mit Wasser lässt sich der Stickstoffanteil auf
weniger als 3 Prozent reduzieren.
Methan, der Hauptbestandteil des Erdgases, ist die hauptsächlich gewünschte Komponente
von Holzgas und liefert als brennbares Gas den Großteil der Energie, die in Holzgas steckt.
Die Menge der einzelnen Komponenten schwankt je nach Verfahren drastisch, wie die obige
Tabelle der Zusammensetzung des Gases bei den verschiedenen Verfahren zeigt.
Bei der trockenen Destillation des Holzes bildet sich in Abhängigkeit von der Prozessführung
mehr oder weniger Teer, eine Mischung von kondensierbaren höher siedenden
Holzgaskomponenten. Weil Holzteer nicht benötigt wird, soll der Gehalt möglichst gering
sein. Die nachstehende Tabelle zeigt einige Daten. Das von uns favorisierte FICFBVerfahren, das an der TU-Wien entwickelt wurde, steigt dabei sehr gut aus.
Betreiber / Organisation
Teergehalt [g/Nm³ trockenes Produktgas]
Festbett-Gegenstromvergaser
10 – 100
Festbett-Gleichstromvergaser
0,1 – 1
Wirbelschichtvergaser (ohne Kat.)
1 - 100
Versuchsanlage (FICFB ohne Kat.)
1–5
Versuchsanlage (FICFB mit Dolomit)
0,2 - 0,8
Tabelle5: Teergehalt in Gramm pro Normkubikmeter
Die Bildung von Teer ist temperaturabhängig. Je höher die Temperatur, desto niedriger ist
der Teergehalt, jedoch leidet unter der hohen Temperatur auch der Methangehalt des
Gases. Zur Zeit werden an der TU – Wien Katalysatoren experimentell getestet, die den
Teergehalt senken sollen. Es ist bekannt, dass Dolomit - ein Calcium-Magnesiumcarbonat den Teergehalt herabsetzt, jedoch nicht als Bettmaterial geeignet ist.
Zitat:
Durch Aufheizen des Holzes entweicht zuerst der Wasserdampf, d.h. das Holz trocknet aus.
Bei weiterer Erhitzung unter Sauerstoffabschluß kommt es bei 250 Grad Celsius zur
Pyrolyse. Die dabei entstehenden Produkte hängen davon ab, wie schnell aufgeheizt wird
und wie lange das ganze auf einem Temperaturniveau bleibt. Bei Aufheizraten von 100 - 10
000 Grad Celsius pro Sekunde entstehen vor allem flüssige Teere und Öle auf Kosten der
gasförmigen Produkte. Bei sehr schneller Pyrolyse (Aufheizrate (1000 - 20000 Grad Celsius
pro Sekunde), Temperaturen über 600 Grad Celsius und kurzen Verweilzeiten kleiner 0,5
Sekunden bilden sich überwiegend gasförmige Produkte auf Kosten des Restkokses und der
flüssigen Produkte.
Natürlich reagieren die heißen Gase miteinander. Die wichtigsten Reaktionen sind:
- Oxidation von CO zu CO2
- die homogene Wassergasreaktion CO + H2O zu CO2 und H2
- die Methanbildung: CO plus Wasserstoff zu Methan und Wasser
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Holzgas über Gasleitungen
- die Verbrennung des Wasserstoffs zu Wasser
Diese Reaktionen der gasförmigen Produkte finden im gesamten Reaktorvolumen statt.
Reaktionen des restlichen Kohlenstoffs:
Diese heterogenen Reaktionen laufen nur an der Oberfläche des restlichen Kohlenstoffs ab.
Die Reaktionen entsprechen denen der Verbrennung von Kohle:
- teilweise Oxidation von Kohlenstoff zum CO
- die vollständige Oxidation von Kohlenstoff zu CO2
- Die Boudouard-Reaktion von CO und CO2 zu CO
- die heterogene Wassergasreaktion von Kohlenstoff und Wasser zu CO und Wasserstoff
- die hydrierende Vergasung von Kohlenstoff und H2 zu Methan CH4
Diese Bestandteile können unter günstigen Bedingungen (hohe Temperaturen oder
Katalysator) miteinander reagieren.
Die Reaktionsgeschwindigkeiten werden bestimmt durch die chemische Umsetzung an der
inneren Oberfläche des porösen Kohlenstoffs und von der Schnelligkeit mit der der
Luftsauerstoff ins Korninnere gelangt (der Sauerstoff muß durch den das Korn umgebenden
Grenzfilm und danach durch die Poren des Korns diffundieren). Der jeweils langsamste
Schritt bestimmt die Geschwindigkeit des gesamten Vorgangs. Bei niedrigen Temperaturen
ist dies die chemischen Reaktion, bei mittleren die Porendiffusion, bei höheren
Temperaturen die Grenzfilmdiffusion.
Quelle: Publikation archiv62a.htm der Fraunhofer-Gesellschaft
Die Gase müssen gut brennbar sein und dürfen nicht kondensieren. Sie dürfen auch keine
Materialien durch Korrosion angreifen, da sie durch die Gasleitungen transportiert werden
müssen. Es darf auch keine Reaktion zwischen den Gasen und den Materialien stattfinden,
da das sehr gefährlich werden kann. Das Gas muß transport- und lagerstabil sein, um keine
Gefährdung bei Transport oder Lagerung darzustellen.
Salze müssen gegebenenfalls vor der Einspeisung in eine Erdgasleitung zusammen mit den
anderen unerwünschten Komponenten entfernt werden.
Komponenten wie Schwefel und Schwefelverbindungen, Stickstoff, Sauerstoff und
Wasserdampf dürfen dem Erdgas nicht zugeführt werden, da sie unerwünschte
Eigenschaften besitzen und Probleme beim Transport und bei der Verbrennung
verursachen. Der Stickstoff, der in der Biomasse enthalten ist, setzt sich teilweise zu
Ammoniak um, und Schwefel zu Schwefelwasserstoff. Beide Substanzen sind giftig und
verursachen NOx- bzw. SO2-Emissionen nach einer Verbrennung des Produktgases.
Würde man dem Erdgas Kohlenmonoxid beimengen, wären keine Probleme zu erwarten.
Kohlendioxid muss aus unserer Sicht entfernt werden. Das ist auch deshalb sinnvoll, weil
man nicht ein Gas, das man nicht brauchen kann, unter Energieaufwand durch eine Pipeline
transportieren wird. Daneben kann es durch das Kohlendioxid zur Bildung von Kohlensäure
kommen, was Korrosion im Rohrnetz zur Folge hätte.
Sehr wesentliche Vorarbeiten dazu sind am Institut für Verfahrens-, Brennstoff- und
Umwelttechnik an der technischen Universität Wien unter der Leitung von Univ.-Prof. Dipl.Ing. Dr. Hermann Hofbauer durchgeführt worden.
Die nachstehenden Grafiken sind der im Internet veröffentlichten Schrift „The FICFB Gasification Process“ von Dipl. Ing. Reinhard Rauch entnommen. Sie zeigen den Prozessablauf der
Holzvergasung unter Verwendung von Wasserdampf und und insbesondere auch die energetischen
Verhältnisse des Vorgangs.
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Holzgas über Gasleitungen
Demnach wird der Vergasungsreaktor in zwei Zonen unterteilt, eine Verbrennungszone und
in eine Vergasungszone. Durch geeignete Prozessführung ist dabei der Gasaustausch
zwischen den Zonen minimal und es kann ein hochwertiges Prozessgas gewonnen werden,
das für die Verstromung in einer Brennstoffzelle weiterverarbeitet werden kann. Die
Annahme, dass ein solches Gas auch über Gasleitungen transportiert werden kann, ist mit
Sicherheit richtig!
Für eine 100kW-Anlage sind 7,2kW an Dampfenergie erforderlich. Unser Vorschlag sieht
vor, diesen Dampf durch die Verbrennung von Rindenabfällen zu erzeugen.
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Holzgas über Gasleitungen
Bei der Holzvergasung können Schwefelverbindungen entstehen:
Betreiber / Organisation
University of Zaragota, Spain
National Taiwan University
TU – Wien
Department of chemical
engineering Stockholm
University of Zaragota, Spain
Verfahren
Fließbett mit sekundärem
Cracker
Fließbett
SO3 [%w/w trockenes Gas]
1,95
Fließbett mit Zirkulation
(FICFB)
Fließbett
1,5
Fließbett
1,95
0,1-1,13
2,2
Tabelle6: Schwefelverbindungen im Holzgas in Massenprozent des trockenen Gases
Selbstverständlich sind wir auch der Frage nachgegangen, ob es im Vergasungsverhalten
Unterschiede zwischen Laub- und nadelholz gibt. So weit uns bekannt ist, wurde diese Frage bisher
nicht untersucht, sondern nur das Vergasungsverhalten von Pellets – verpresste Sägespäne aus
Nadelholz- studiert.
Zweckmäßig wäre ein großer Anteil an Fichte und Kiefer, weil sie im Vergleich zu anderen
Baumarten erstens noch relativ billig sind und zweitens auch noch fast überall wachsen.
Pellets und sonstige Abfälle, die durch das Besäumen von Brettern entstehen, stellen einen
optimalen Rohstoff für die Holzvergasung dar. Größere Restholzstücke müssen jedoch
vorher zerkleinert werden, um zufriedenstellende Vergasungsergebnisse zu erzielen. Die
gegebenfalls anfallenden Rindenabfälle, die beim Einsatz von Brennholz in relativ großen
Mengen anfallen, können, wie schon oben angesprochen, verbrannt und beispielsweise für
die Prozessdampferzeugung eingesetzt werden.
In Österreich sind zur Zeit 988 Millionen Kubikmeter Holzvorrat im Wald stehend vorhanden.
Die jährliche Nutzung beträgt 20 Millionen Kubikmeter und der jährliche Zuwachs 27
Millionen Kubikmeter. Diese Zahlen belegen, dass jährlich mehr als doppelt soviel Holz
nachhaltig nachwächst, als derzeit für Brennholzzwecke entnommen werden.
Im Jahr 1996 fielen in Österreich an Nutzholz 11.213.000 Erntefestmeter ohne Rinde und
Brennholz 3.779.000 Erntefestmeter ohne Rinde, entsprechend ca. 2.000.000 Tonnen
Holzstoff, an. Diese Menge entspricht einem Energiewert von ca. 32 PJ.
Unter der Annahme, dass 1t Holz ca. 860 m3 Holzgas liefern kann, würde bei Vergasung des
gesamten Brennholzes eine Menge von 1.730.000 000 m3 , also 1,73 Milliarden Kubikmeter,
produziert werden.
Vergleicht man dies mit dem österreichischen Erdgasverbrauch 1997, so wurden 305,4 PJ
an Energie gewonnen oder 7,82 Milliarden Kubikmeter verbraucht.
Die Aufarbeitung des Rundholzes, das per Bahn oder LKW angeliefert wird, ist
konventionelle Verarbeitungstechnik.
Der Rohstoff kann natürlich auch als Hackgut angeliefert werden, was den Lagerplatzbedarf
minimieren würde.
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Holzgas über Gasleitungen
3. Ausblick
Nur ein Verfahren zur Nutzung von Holz als Energieträger, das einen mit den fossilen
Energieträgern vergleichbaren wirtschaftlichen Ertrag liefern kann, wird entwickelt und
eingesetzt. In dieser Hinsicht ist das vorgeschlagene Projekt sicher vorteilhaft. Dies gilt
insbesondere dann, wenn man berücksichtigt, dass Holzgas als Brennstoff für
Brennstoffzellen aufbereitet werden kann. Die bekannt hohen Ansprüche an die Reinheit des
Brenngases – eine kleine Chemiefabrik ist dazu erforderlich - lassen erwarten, dass der
bloße Transport von Holzgas als Zumischung zum Erdgas ungleich kostengünstiger ist.
Holzvergasung und Holzgaseinspeisung wird vorerst nicht wirtschaftlich sein, weil der
Konkurrenzdruck seitens der Erdgasversorger zu hoch ist. Eine Lösung bestünde darin, die
Erdgaswirtschaft zur Einspeisung von Biogas zu verpflichten. Sicherlich sind dort auch die
Planungs- und Entwicklungskapazitäten für die Holzvergasung am ehesten vorhanden. Von
dem in dieser Branche vorhandenen Wissen sollte das Gesamtprojekt nachhaltig profitieren.
Die Entwicklungskosten könnten vom Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, vom
Bundesministerium für wirtschaftliche Angelegenheiten, vom Bundesministerium für
Finanzen und vom Bundesministerium für Wissenschaft und Verkehr gefördert werden. Auf
Landesebene sollten die Landesregierungen zur Förderung verpflichtet werden.
4. Schlußfolgerung
Im Sinne der Verwirklichung der Beschlüsse der Umweltkonferenz von Kyoto wäre aus
unserer Sicht eine rasche Umsetzung in die Praxis empfehlenswert.
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Holzgas über Gasleitungen
Literatur:
H.Hofbauer, Referat Fachtagung „Stromerzeugung mit Biomasse“, Knittelfeld, 19.5.1998
ARGE Wirtschaft und Schule, Aktuelle Unterlagen „Umwelt und Wirtschaft“, Nr. 8U, Juni1998
TU-Wien:
R.Rauch, The FICFB-gasification process,
http://edv1.vt.tuwien.ac.at/AG_HOFBA/Vergaser/e_vergas.htm
BIOBIB - A Database for biofuels
http://edv1.vt.tuwien.ac.at/ag_hofba/biobib/biobib.htm
Fraunhofer-Institut:
C.Backhaus, D.Hölder, M.Ising ZWS-Holzvergaser - Planung und Aufbau einer Versuchsanlage
http://www.umsicht.fhg.de/WWW/UMSICHT/Kap.3/EP/EP.002.html
C.Backhaus, D.Hölder, M.Ising: Strom und Wärme aus Holz durch Vergasung in der Wirbelschicht
http://www.umsicht.fhg.de/WWW/UMSICHT/Kap.3/EP/EP.001.html
ARGE Erneuerbare Energie:
August Raggam, Bioenergie aus ökologischer Landwirtschaft, Erneuerbare Energie 3/95
Werner Schaller, Strom aus Biomasse - das Forschungsprojekt TINA , Erneuerbare Energie 3/95
Ingwald Obernberger, Biomassefernheizwerke in Österreich - Stand der Technik und Möglichkeiten
der Optimierung, Erneuerbare Energie 3/95
Herbert Lammer ,Holzvergaserkessel - eine interessante Heizungsalternative, Erneuerbare Energie
3/95
Christian Rakosch, Das Biomassepotential in Österreich - wo liegen die Grenzen? ,Erneuerbare
Energie 3/95
Wolfgang ,Jilek, Biomasse-Nahwärme in der Steiermark, ARGE 1995/96
Helmut Haberl, Das technische Biogaspotential in Österreich ARGE 1995/96
Fachhochschule Solothurn
Technologietransferprojekt HTV-Biomasse-Festbettvergaser
Umweltbundesamt:
Klaus Radunsky, Klimaschutz, Kyoto-Protokoll, 30.12.1997
Büro für Technikfolgenabschätzung des deutschen Bundestages
Zusammenfassung des TAB-Arbeitsberichtes Nr. 49 "Vergasung und Pyrolyse von Biomasse"
http://wwwtab.fzk.de/deut/projekte/zusa/ab49.htm
BM für Land- und Forstwirtschaft, Österreichs Land-, Forst- und wasserwirtschaft 1998
Höhere Lehranstalt für Forstwirtschaft Bruck/Mur
8600 Bruck/Mur Dr. Theodor Körner Straße 44
Telefon 03862 51770 Fax 56350 E-Mail [email protected]
14
Holzgas über Gasleitungen
An die
Innovationsagentur Ges.m.H.
z.Hd. Frau Jana Zach
Taborstraße 10
1020 Wien
Betreff: Projektbericht „Holzgas über Gasleitungen“
Bruck/Mur, 19.3.1999
Sehr geehrte Frau Zach!
In der Anlage übermitteln wir den Projektbericht über die Projektarbeit „Holzgas über Gasleitungen“.
Leider sind die vorgesehenen Formulare irgendwo verschwunden, sodass die äußere Form der
Vorlage möglicherweise nicht den Vorgaben entspricht. Wir ersuchen dennoch um wohlwollende
Entgegennahme!
Das Projektteam:
2.Jahrgang: Christopher Dich (Leiter), Manfred Hölzl, Andreas Drexel, Gerald Esser, Martin Gspaltl,
Gerhard Breitenbaumer, Kevin Jonke, Martin Spiss, Rainer Ressmann
5.Jahrgang: Gerhard Nachtmann, Friedrich Schwaiger, Harald Zollner
Die Zusammenstellung der Projektkosten finden Sie in der Anlage. Kopien der Rechnungen sind
beigelegt. Es wird ersucht, den Betrag von auf das PSK-Privatsparbuch der Projektgruppe
Kto.Nr.210.280.562 zu überweisen.
Herzlichen Dank für die zuvorkommende Betreuung!
Mit freundlichen Grüßen
Prof.Mag. Manfred Hirsch
Anlagen:
Friedrich Schwaiger
Rechnungsaufstellung
Kopien der Rechnungen bzw. Zahlungsbelege
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8600 Bruck/Mur Dr. Theodor Körner Straße 44
Telefon 03862 51770 Fax 56350 E-Mail [email protected]
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Holzgas über Gasleitungen
Kostenaufstellung:
Bürobedarf
Material
Telefon
Fahrtkosten 252 km à 4,90 ATS
Kopierkosten Elternverein
Gerätenutzung Elternverein
Fachliteratur
Summe:
ATS
ATS
ATS
ATS
ATS
ATS
ATS
ATS
547,20
509,70
380
1.234,80
575.800.2.952,80
6.999,50
Höhere Lehranstalt für Forstwirtschaft Bruck/Mur
8600 Bruck/Mur Dr. Theodor Körner Straße 44
Telefon 03862 51770 Fax 56350 E-Mail [email protected]