Wassergehalt von Holzbrennstoffen â Ein Vergleich der ... - Cem

13. Symposium Energie aus Biomasse – Biogas, Flüssigkraftstoffe, Festbrennstoffe 

OTTI Energie-Kolleg, 25.-26. November 2004, Kloster Banz, S. 252-258 

Wassergehalt von Holzbrennstoffen – 

Ein Vergleich der (Schnell-) Bestimmungsmethoden 

Thorsten Böhm / Hans Hartmann 

Technologie- und Förderzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ) 

1 Einleitung und Zielsetzung 

Schulgasse 18, D-94315 Straubing 

Tel.: 09421-300-112, Fax: 09421-300-211 

E-Mail: thorsten.boehm@tfz.bayern.de 

Internet: http://www.tfz.bayern.de 

Der Wassergehalt ist einer der wichtigsten Qualitätsmerkmale biogener Festbrenn- 

stoffe. Energieausbeute, Lagerfähigkeit und Lieferpreise hängen davon ab, so dass 

in der Praxis eine möglichst genaue Bestimmung dieses Parameters wünschenswert 

ist. Die Bestimmung nach der Trockenschrankmethode [2] ist zwar weit verbreitet 

aber für viele Praxisfälle zu zeitaufwendig. Holzartige Brennstoffe müssen bis zur 

Gewichtskonstanz mindestens 24 Stunden trocknen; bei Scheithölzern müssen Pro- 

ben erst mit einem geeigneten Schneidewerkzeug entnommen werden. Eine Zeiter- 

sparnis ist also nur durch Verwendung von Schnellbestimmungsmethoden möglich. 

In jüngster Zeit wurden – vor allem für Schüttgüter – vielversprechende technische 

Ansätze entwickelt und zur Einsatzreife in Labor- und In-Situ-Anwendungen ge- 

bracht. Über einen Vergleich der Systeme wird nachfolgend berichtet. 

2 Messdurchführung 

Eine Übersicht über die im Versuch geprüften Verfahren gibt Abb. 1. Deren Funkti- 

onsprinzipien und Randbedingungen werden in der Literatur beschrieben [4] [6]. Als 

Prüfmaterial dienten insgesamt 43 verschiedene Proben von Holzhackschnitzeln so- 

wie 7 Scheitholz-Proben (Buche, Fichte und Pappel). Sie wurden von verschiedenen 

Beständen in unterschiedlichen Trocknungsstadien gewonnen. Die Hackgüter wur- 

den mit diversen Hackern zerkleinert, um große Streubreiten hinsichtlich der Merk- 

252



male Korngröße, Größenverteilung, Reisig- und Nadelanteil zu erhalten. Einige 

Schnellbestimmungsgeräte (IR-Trocknung, Mikrowellentrocknung, Pandis, Schaller 

sowie alle Leitfähigkeitsmessgeräte) waren sofort einsetzbar, das heißt, dass der 

Wassergehalt unmittelbar oder anhand von Tabellen abzulesen war; andere Verfah- 

ren (Mikrowellen-, TDR-, IR-Reflexions-, kapazitive ACO/Liebherr Verfahren) erfor- 

derten eine Kalibrierung, für die zunächst eine einfache lineare Regression der 

Messwerte mit den Referenzwerten (Trockenschrankmessungen bei 105 °C) durch- 

geführt werden musste (Beispiel siehe [4]). 

Gruppe Messverfahren Hersteller: Messgerät 

Thermogravimetrische 

Verfahren 

Elektrische Verfahren 

Optische Verfahren 

Hygrometrische Verfahren 

Trockenschrank- 

Verfahren 

Gefriertrocknung 

Infrarot- 

Trocknung 

Mikrowellen- 

Trocknung 

Kapazitive 

Verfahren 

Mikrowellen- 

Verfahren 

Time-Domain-Reflectometry- 

Verfahren (TDR) 

Leitfähigkeits- 

Verfahren 

Infrarot-Reflexions- 

Verfahren 

Luftfeuchte-Ausgleichs- 

Verfahren 

Memmert: 105 °C 

Memmert: 80 °C 

Christ: Beta I 

Sartorius: MA 30 

Ultra-X: UX 2081 

CEM: Smart System 5 

Ahlborn: Feuchtefühler FHA696MF 

Pandis: FMG 3000 

Schaller: Pelletsfeuchtemesser 

ACO: FSV-G50-T-K-U 

Liebherr: Litronic FMS 

hf-Sensor: Einstechlanze Moist Bio 

hf-Sensor: Messsonde Moist 200 

Imko: Trime-GMC 

Gann: Hydromette HT 85 

Testo: Testo 606 

Ahlborn: Feuchtefühler FHA636MF 

Mesa: MM 55 

Pier-Electronics: Messkopf Typ 2 

Schaller: Holzfeuchterechner Ugl. 

Schaller: Feuchtemesser RLF-T 41 

Abb. 1: feumess.preGeprüfte Verfahren – Hersteller und Gerätebezeichnungen 

3 Ergebnisse 

Holzhackschnitzel. Die absolute Höhe der mittleren Abweichung bei den verschie- 

denen Trocknungsverfahren gegenüber der Referenzmethode (105 °C) ist relativ ge- 

ring im Vergleich zu der Streubreite bei den meisten Schnellbestimmungsverfahren 

(Abb. 2). Erwartungsgemäß wird bei 80 °C Trocknungstemperatur und auch bei der 

Gefriertrocknung im Mittel ein um 0,6 bzw. 0,4 Prozentpunkte niedrigerer Wasserge- 

253



halt gemessen. Überraschend kommt es aber auch bei der Mikrowellen- und Infrarot- 

Trocknung im Median zu Abweichungen nach unten. Offenbar ist auch bei diesen 

Verfahren nicht mit einer erhöhten Freisetzung flüchtiger Bestandteile aus der Holz- 

trockenmasse zu rechnen, da die Einwirkdauer hoher Temperaturen im Trocknungs- 

gut begrenzt ist. Allerdings ist die Streubreite gerade bei den IR-Trocknern deutlich 

höher, was auch auf die geringe und damit wenig repräsentative Probenmenge von 

maximal 12 (Sartorius) bzw. 60 g (Ultra-X) zurückzuführen ist. 

20 

%-punkte 

15 

Absolute Abweichung 

Anzahl 

Werte 

10 

5 

0 

-5 

-10 

-15 

Trocknungsverfahren 

Maximum 

75. Perzentil 

Median 

25. Perzentil 

Minimum 

-0,6 -0,4 -1,3 -0,1 

-1,3 

Schnellbestimmungsverfahren 

für Einzelproben für kontinuierl. Gutstrom 

-2,3 

-0,5 -1,0 0,1 

1,4 

0,3 0,1 -0,8 

Kalibrierung unter Einbeziehung der Schüttdichte 

42 12 8 43 43 15 43 85 27 42 43 43 41 

Trockenschrank 80 °C 

Gefriertrocknung 

Mikrowellentrocknung - CEM 

IR-Trocknung - Sartorius 

IR-Trocknung - Ultra-X * 

Umgebungsfeuchte - Schaller 

Mikrowelle - hf-sensor* 

TDR - Imko* 

kapazitiv - Pandis 

kapazitiv - Liebherr* 

kapazitiv - ACO* 

IR-Reflexion - Mesa 

IR-Reflexion - Pier 

Abb. 2: 001tb4b.pre Abweichungen der Einzelmessungen des Wassergehaltes (bez. 

auf Gesamtmasse) gegenüber dem Referenzverfahren (Trockenschrank bei 105 °C) 

Weitaus größere Schwankungen wurden aber bei den "zerstörungsfreien" Schnellbe- 

stimmungsverfahren beobachtet, wenngleich die Mediane der absoluten Abweichun- 

gen lediglich bei –2,3 bis +1,4 Prozentpunkten liegen. Auffallend gute Ergebnisse 

lieferte das Infrarot-Reflexionsverfahren (MESA), wobei es offenbar auch auf die ge- 

rätetechnische Ausführung ankommt (Anzahl und Art der verwendeten Wellenlängen, 

Empfindlichkeit des Detektors, Verwendung von Vergleichsstrahlen, Anzahl Mess- 

werte je Sekunde). Ähnliches gilt für die kapazitive Messmethode (ACO). 

254



Der Vergleich zu anderen kapazitiven Methoden wie dem Pandis Messbehälter ist 

allerdings problematisch, da dieser vom Hersteller speziell für Messungen an Holz- 

hackschnitzeln vorkalibriert worden war und somit im Versuchsablauf nicht an die 

vorliegende Brennstoffbasis angepasst werden konnte. Auch die Ergebnisse zu den 

übrigen kapazitiven und IR-reflektometrisch arbeitenden Geräten müssen vorsichtig 

interpretiert werden, da diese für einen kontinuierlichen Gutstrom entwickelt wurden, 

der in den hier durchgeführten Labormessungen lediglich durch einen entsprechen- 

den Versuchsaufbau (Schwenken der Schüttgutprobe über bzw. unter dem Mess- 

kopf) nachempfunden werden konnte. Stationäre Labor- oder Vor-Ort-Schnell- 

testanwendungen sind aber denkbar. 

Anders als die vorgenannten Geräte ist das Umgebungsfeuchte-Messverfahren für 

die meisten Biomasse-Brennstoffe jedoch nicht einsetzbar, obgleich die Messgenau- 

igkeit im Versuch vergleichsweise hoch war (Abb. 2). Das Gerät ist aber nur für den 

Messbereich bis 14 % Wassergehalt geeignet und kommt somit vor allem für die Prü- 

fung von Pellets in Frage. 

Um weitere Beurteilungskriterien zu erhalten wurden lineare Regressionsanalysen für 

die Korrelation zwischen Messwert (nach der Kalibrierung) und Referenzmessung 

durchgeführt. Daraus ergeben sich die in Tabelle 1 zusammengestellten Bestimmt- 

heitsmaße. Diese Berechnungen zeigen abermals Genauigkeitsvorteile bei den 

trocknenden Verfahren aber auch bei den oben genannten kontinuierlichen Messver- 

fahren. 

Eine weitergehende Betrachtung der 

Einzelergebnisse zeigt außerdem, 

dass die Genauigkeit der Messung 

(in absoluten Größeneinheiten) mit 

zunehmendem Wassergehalt ab- 

nimmt. Die in Abb. 2 dargestellten 

Extremwerte wurden vor allem im 

Hochfeuchtebereich ab 35 % Was- 

sergehalt gemessen; sie gingen da- 

gegen im Niedrigfeuchtebereich (bis 

20 %) häufig nicht über ±2 Prozent- 

punkte hinaus. 

Tabelle 1: Bestimmtheitsmaße aus der Regressionsanalyse 

für Holzhackschnitzel 

Messverfahren 

Messbereich 

[%] a 

Bestimmtheitsmaß 

Trockenschrank 80 °C 0-100 0,998 

Gefriertrocknung 0-100 1,000 

Mikrowellentrocknung - CEM 0-100 0,999 

IR-Trocknung - Sartorius 0-100 0,990 

IR-Trocknung - Ultra-X 0-100 0,992 

Umgebungsfeuchte - Schaller 2-14 0,883 

Mikrowelle - hf-Sensor 0-100 0,873 

TDR - Imko 2- ~45 0,751 

kapazitiv – Pandis 0-55 0,921 

kapazitiv – Liebherr 0-100 0,904 

kapazitiv – ACO 0-90 0,952 

IR-Reflextion - Mesa 0-100 0,971 

IR-Reflextion - Pier 0- ~50 0,826 

a Wassergehalt bezogen auf die Frischmasse 

255



Scheitholz. Im Vergleich zu den Schnellbestimmungsmethoden für Holzhackschnit- 

zel sind die Möglichkeiten der Wassergehaltsbestimmung bei Scheitholz begrenzt. 

Die Messbereiche der Geräte reichen häufig nicht über den Fasersättigungspunkt 

(ca. 19 bis 25 % Wassergehalt) hinaus, da darüber kaum noch ein Zusammenhang 

zwischen dem Wassergehalt und dem elektrischen Widerstand des Holzes besteht. 

Dies spiegelt sich auch in den Messergebnissen wider (Abb. 3). Bei allen Messgerä- 

ten wurden mit zunehmenden Wassergehalt (bereits ab ca. 20 %) erhebliche Abwei- 

chungen zur Referenzmethode beobachtet. Die meisten Hersteller geben daher den 

zulässigen Messbereich der Geräte nur mit maximal ca. 30 % Wassergehalt an. Le- 

diglich ein Gerät ("Gann") ist nach Herstellerangaben bis 50 % Wassergehalt ein- 

setzbar; die Messgenauigkeit ist in diesem Bereich jedoch unakzeptabel gering. Die- 

se Einschätzung wird auch durch Erfahrungen anderer Versuchsansteller bestätigt 

[1] [3]. Generell führt die Schnellbestimmung des Wassergehaltes bei Scheithölzern 

tendenziell zu einer Unterschätzung dieses Parameters, so dass bezüglich der 

Einsatztauglichkeit bzw. der Genauigkeit der Kalibrierung Zweifel angebracht sind. 

Anzahl 

Werte 

10 

%-punkte 

Absolute Abweichung 

0 

-5 

-10 

-15 

-20 

-25 

-30 

-35 

-40 

Ahlborn - kapazitiv 

Ahlborn - Leitfähigkeit 

geringer Wassergehalt 

w < 30 % 

-4,8 -5,2 

Testo - elektr. Widerstand 

-3,7 -3,9 

37 29 37 47 46 18 18 

Gann - Ramm-Elektrode 

Gann - Einschlag-Elektrode 

0,70 

Gann - Ramm-Elektrode 

Gann - Einschlag-Elektrode 

hoher Wassergehalt 

w = 30 bis 50 % 

Abb. 3: Vergleich verschiedener Schnellbestimmungsgeräte für den Wassergehalt 

von Scheitholz. Abweichung zum Referenzverfahren (Trockenschrank 105 °C) für 

Scheitholz (Fichte, Buche) 

256 

-21,1 

-10,6



Bei einer genaueren Betrachtung der 

Ergebnisse anhand von linearen Re- 

gressionsanalysen (Tabelle 2) lassen 

sich Vorteile bei beiden Gann- 

Messelektroden erkennen. Das Gerät 

profitiert von einer aufwändigeren 

Systemtechnik, bei der sowohl Kalib- 

rierungen für einzelne Holzarten als 

auch Temperaturkompensationen be- 

Tabelle 2 Bestimmtheitsmaße aus der 

Regressionsanalyse für Scheitholz 

Messverfahren 

rücksichtigt werden. Das gilt vor allem für den Bereich unterhalb des Fasersätti- 

gungspunktes (ca. 19 bis 25 % Wassergehalt). Überraschend gute Werte liefert auch 

die sehr handliche und kostengünstige Ausführung der Fa. Testo. 

4 Ausblick 

Messbereich 

(%) a 

Bestimmtheitsmaß 

Ahlborn – kapazitiv 0-33 0,569 

Ahlborn – Leitfähigkeit 7-23 0,743 

Gann – Einschlag-Elektrode 4-50 0,906 

Gann – Ramm-Elektrode 4-50 0,896 

Testo – elektr. Widerstand 6-31 0,849 

a Wassergehalt bezogen auf die Frischmasse 

Momentan werden im Rahmen des EU-Projektes BIONORM, Projekt Nr.: NNE5- 

2001-00158, Task II.1 weitere Schnellbestimmungsgeräte getestet sowie vertiefende 

Fragestellungen zu hier geprüften Messgeräten bearbeitet. Erste Ergebnisse sind in 

JENSEN et al. [5] zu finden. 

5 Literatur 

[1] Böhner, G.; Wagner, L.; Säcker, M.: Elektrische Messung hoher Holzfeuchten bei 

Fichte; Holz als Roh- und Werkstoff 51, 1993, S. 163-166 

[2] DIN 51718: Feste Brennstoffe - Bestimmung des Wassergehaltes und der Analysenfeuchtigkeit. 

Deutsches Institut für Normung, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 

1995, 3 S. 

[3] Du, Q.P.; Geissen, A.; Noack, D.: Die Genauigkeit der elektrischen Holzfeuchtemessung 

nach dem Widerstandsprinzip; Holz als Roh- und Werkstoff 49, 1991, 

S. 1-6 

[4] Hartmann, H. und T. Böhm: Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften. 

In: Härdtlein, M., Eltrop, L. und D. Thrän (Hrsg.): Voraussetzungen zur Standardisierung 

biogener Festbrennstoffe. Schriftenreihe „Nachwachsende Rohstoffe", 

Band 23, Landwirtschaftsverlag, Münster, 2004, S. 558-632 

[5] Jensen, P. D.; Samuelsson; R., Burvall, J.; Hartmann, H.; Böhm, T.; Temmerman, 

T.; Rabier, F.: Moisture content determination – RTD results and status of 

standardisation. In: Proceedings Standardisation of solid biofuels, International 

conference, 6-7 Oktober 2004 in Leipzig 

[6] Kupfer, K. et al: Materialfeuchtemessung. Kontakt & Studium, Expert-Verlag, 

Renningen-Malmsheim, 1997, 395 S. 

257

Summary 



Various determination methods for the moisture content (MC) of wood chips and 

wood logs were tested and compared, focusing particularly on rapid testing. For 

wood chips methods which are based on the drying effect showed only little devia- 

tions to the reference method (drying cabinet at 105 °C). Capacitive or infrared- 

reflective measuring operations (for measurements in a continuous material flow) had 

to be calibrated for wood fuels, some of them gave promising results, indicating some 

suitability for stationary applications, too. 

Rapid determination methods for wood logs apply the principle of electrical conductiv- 

ity. The measuring range of most devices does not exceed the fibre saturation point 

(approx. between 19 and 25 % moisture content, wet base). For all devices increas- 

ing moisture contents (already above 20 %) are connected with considerable devia- 

tions to the reference method. The accuracies between 30 and 50 % moisture con- 

tent are mostly unnacceptably low. Generally rapid MC determination of wood logs 

tends to underestimate this parameter. 

258

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