Anbau von Energiepflanzen - Ganzpflanzengewinnung mit ...

Anbau von Energiepflanzen - Ganzpflanzengewinnung mit
verschiedenen Beerntungsmethoden (ein- und mehrjährige
Pflanzenarten); Schwachholzverwertung
Abschlußbericht
bearbeitet von:
Jürgen Maier 1 ; Dr. Reinhold Vetter 1 ; Volker Siegle²; Dr. Hartmut Spliethoff²
1 Institut für umweltgerechte Landbewirtschaftung (IfUL), Müllheim
² Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen (IVD), Universität Stuttgart
AB_energie

Forschungsvorhaben
(Ord.-Nr. 22-94.11)
Gefördert durch:
Ministerium Ländlicher Raum Baden-Württemberg, Stuttgart (1994-97)
Institut für umweltgerechte rentable Landbewirtschaftung ITADA, Colmar (1994-95)
Alle Rechte, auch die der fotomechanischen Vervielfältigung und des auszugsweisen
Nachdrucks, vorbehalten durch
Ministerium Ländlicher Raum Baden-Württemberg, Stuttgart 1998

INHALTSVERZEICHNIS
Seite
1 Einleitung 1
2 Projektbeschreibung 1
2.1 Projektziele 1
2.2 Projektbeteiligte 1
3 Versuchsstandorte 2
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.5
Methode
Auswahl der Pflanzenarten und Sorten
Versuchsdurchführung Energiepflanzenanbau
Holzsortimente
Untersuchungsmethoden
Brennstoffanalyse
Sonstige Untersuchungen
Verbrennungsversuche
3
3
4
5
5
5
7
8
5 Ergebnisse 12
5.1 Energiepflanzenanbau 12
5.1.1 Beerntungsmethoden 12
5.1.2 Trockenmasseerträge 15
5.1.3 Energiebilanz 21
5.1.4 Lagerung von Energiepflanzen 24
5.1.5 Aspekte des umweltgerechten Anbaues von Energiepflanzen 26
5.1.6 Inhaltliche Zusammensetzung von Energiepflanzen 28
5.1.7 Kosten der Bereitstellung von Energieganzpflanzen 40
5.1.8 Energieträgerpreise 42
5.2 Versuche zur Mitverbrennung von Biomasse in einer Kohlestaubfeuerung 43
5.2.1 Aufbereitung der Biomasse 43
5.2.1.1 Verbrennungsverhalten unterschiedlich aufgemahlener Biomassen 48
5.2.1.2 Einfluß der Korngröße bei der Mitverbrennung von Biomasse mit Steinkohle 50
5.2.2 Ausbrand, Glührückstand und Glühverlust 57
5.2.3 Emissionen bei der Biomasseverbrennung in einer Staubfeuerung 63
5.2.3.1 CO-Emissionen 63
5.2.3.2 NO x-Emissionen und primärseitige Minderungsmaßnahmen 68
5.2.3.2.1 NO x-Minderung mittels Brennerkonfigurationen 70

5.2.3.2.2 NO x-Minderung durch Luftstufung im Feuerraum 75
5.2.3.3 SO 2-Emissionen 77
5.2.3.4 Einordnung der Emissionen in bestehende Grenzwerte 78
5.2.4 Biomasseverbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung 84
5.2.5 Wirtschaftliche Betrachtungen zur Mitverbrennung von Biomasse in
Kohlekraftwerken
88
6 Zusammenfassung und Schlußfolgerungen 91
6.1 Eignung der Pflanzenarten als Festbrennstoff für Kohlekraftwerke 91
6.2 Mitverbrennung von Biomassen in Kohlestaubfeuerungen 92
Teilnahme an Veranstaltungen/ Posterausstellungen 95
Literaturverzeichnis 95
Anhang

1 Einleitung
Im Zusammenhang mit der globalen Treibhausproblematik besteht eine Möglichkeit der Eindämmung
der Entstehung des hauptverantwortlichen Treibhausgases CO 2 in der Nutzung erneuerbarer Energien
zur Wärme- und Stromerzeugung. Neben Wasser, Wind, Sonne etc. wird der Biomasse das vielleicht
größte nutzbare Potential erneuerbarer Energieträger zugeschrieben. Die weitgehend CO 2-neutrale Biomasse
kann auf vielfältige Art als fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff in kleinen, mittleren oder
großen Anlagen eingesetzt werden. Die Mitverbrennung von fester Biomasse in vorhandenen Steinkohlekraftwerken
wird inzwischen als eine Möglichkeit diskutiert, schnell und mit geringerem Investitionsbedarf
als bei neu einzurichtenden Biomasseanlagen die Ziele der Klimakonferenzen - d.h. vor allem die
Reduktion des CO 2-Ausstoßes - kurz- bzw. mittelfristig umzusetzen. Neben sowieso vorhandenen Biomassen
wie Restholz - z.B. in den Wäldern anfallendes Waldrestholz - und Stroh könnte durch speziell
angebaute Energiepflanzen das verfügbare Potential an nutzbaren Biomassen im Umkreis eines Kraftwerkes
erhöht werden. Darüber hinaus ermöglicht der umweltschonende Anbau von verschiedenen
Energiepflanzen bzw. die Verwendung von Waldrestholz die Erhaltung der Kulturlandschaft sowie der
Biodiversität in der Landbewirtschaftung. Gleichzeitig bietet die energetische Nutzung von regional
'erzeugter' Biomasse Einkommensalternativen für die Land- und Forstwirtschaft sowie den Gewerbe- und
Dienstleistungssektor.
In zwei pedoklimatisch unterschiedlichen Regionen in Baden-Württemberg und im Elsaß wurden
verschiedene ein- und mehrjährige Kulturarten angebaut, um ihre Eignung als Festbrennstoff für
Kohlestaubfeuerungen zu prüfen.
2 Projektbeschreibung
2.1 Projektziele
In dem Vorhaben soll geprüft werden, welche ein- und mehrjährigen landwirtschaftlichen Kulturen sowie
in den Wäldern vor allem durch die Durchforstung anfallende Waldresthölzer qualitativ und technisch
geeignet sind, um in Kohlekraftwerken mitverbrannt zu werden.
Die wichtigsten Ziele sind daher im Einzelnen:
• Auswahl geeigneter Energiepflanzen mit bekanntem Anbauverfahren,
• Erprobung der Anbautechnik,
• Verbesserung der Ernte- und Lagerungstechnik,
• Untersuchung der Brennstoffeigenschaften der einzelnen Energiepflanzen,
• Prüfung des Verbrennungsverhaltens von Holz und Energiepflanzen in einer Kohlestaub-verbennungsanlage
sowie
• wirtschaftliche Betrachtungen.
2.2 Projektbeteiligte
Projektträger: Ministerium Ländlicher Raum Baden-Württemberg, 1994-97
Institut für umweltgerechte rentable Landbewirtschaftung (ITADA), 1994-95
Projektleiter:
Projektpartner:
Projektdauer: 1994 - 1997
Dr. Reinhold Vetter; Jürgen Maier; IfUL Müllheim
Volker Siegle; Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen (IVD), Universität
Stuttgart
Neuhard; Service d’Utilité Agricole de Développement (S.U.A.D.), Schiltigheim,
Unterelsaß/Frankreich (1994 bis 1995)
1

3 Versuchsstandorte
Die Anbauversuche mit Energiepflanzen (oberirdische Biomasse) wurden von 1994 - 97 an insgesamt
5 Standorten durchgeführt (s.Tab.1). Die vier zuerst aufgeführten Standorte liegen auf badischer und
elsäßischer Seite der Rheinebene zwischen Müllheim und Straßburg. Der Standort Binsdorf liegt im Albvorland
und unterscheidet sich hinsichtlich Klima und Boden von den anderen Standorten.
Tab. 1: Angaben zu den Versuchstandorten
S t a n d o r t e
Müllheim
(D)
Grißheim
(D)
Vendenheim
(F)
Gambsheim
(F)
Binsdorf
(D)
Lage m ü. NN 232 230 150 129 600
Niederschlag mm 650 681 ** 611 821 800
Temperatur °C 9,5 9,8 11,9 * 10,6 6,8
Boden
- Ackerzahl 81 51
- Bodentyp Parabraunerde Parabraunerde Aluvions
rhénanes
Pelosol
(Schwarzjura)
- Bodenart
(% S, % U, % T)
uL
12, 66, 22
sL
lS
54, 34, 12 25, 35, 37
hhstL
6, 28, 66
- Besonderheiten tiefgründig flachgründig
staunaß
durchlässig
D = Deutschland; F = Frankreich; * ø 1994; ** Station Bremgarten 1961-90
Die Standorte in der Rheinebene zeichnen sich durch Böden mit guter Wasserführung (Müllheim), gutem
bis mittlerem Wasserhaltevermögen des Bodens (Vendenheim, Grißheim) bzw. einen stark dränierenden
Boden (Grißheim) aus. Die jährliche Niederschlagsmenge ist mit Ausnahme des Standorts Gambsheim
geringer als in Binsdorf. Dort wird die Bodenqualität hinsichtlich Wasserführung durch eine stauende
Tonschicht in circa 60 cm Bodentiefe stark beeinträchtigt.
Die Witterung im Jahr 1994 war durch einige Besonderheiten gekennzeichnet:
- nasser Herbst und Winter 1993/94 und dadurch ungünstige Bedingungen für Saatbettbereitung und
Aussaat (v.a. in Binsdorf) sowie hohe Frühjahrsniederschläge (Mai),
- naßkalter Frühsommer (erste Junidekade) und subtropischer Sommer (warm, trocken, Hitzestreß),
- Orkanböen im Dezember und milder Winter.
Die Witterung im Jahr 1995 war gekennzeichnet durch:
- normaler Winter und kühles Frühjahr,
- trockener April und
- außergewöhnlich nasser Mai.
Im Jahr 1996 ist zur Witterung zu vermerken:
- langer kalter und trockener Winter,
- kalte und trockene Frühlingsmonate März und Mai,
- überdurchschnittlich warmer April und kühler und nasser Mai,
- unbeständiger Sommer und Herbst.
Die Angaben zur Witterung an den Versuchsstandorten sind der Tabelle 2 zu entnehmen.
2

Tab. 2: Wetterdaten der Versuchsstandorte 1994 - 96
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sept Okt Nov Dez Σ (mm)
ø (°C)
1994 M ü l l h e i m (Stat. Neuenburg)
mm 50 47 9 82 136 35 68 62 124 53 16 na
G r i ß h e i m (Stat. Eschbach)
mm 49 43 15 64 140 59 64 64 107 44 14 43 704
°C 4,3 3,7 10,3 9,0 14,5 18,6 22,5 20,3 15,1 9,7 8,9 5,5
B i n s d o r f (* Stat. Rottweil)
mm 46 34 21 90 135 75 105 70 91 17 34 56 774
°C * 1,6 1,1 7,3 5,8 11,9 15,6 19,7 17,3 12,6 7,5 6,9 2,8
1995 M ü l l h e i m (* Stat. Neuenburg)
mm * 77 54 79 56 176 66 74 88 89 14 52 79 904
°C 10,0 14,0 na na 18,4 13,2 13,6 4,3
G r i ß h e i m (Stat. Eschbach)
mm 60 52 na 61 177 50 40 138 88 31 74 73
°C 2,2 7,2 na na 14,7 16,6 22,1 19,2 13,4 13,6 4,9 1,0
B i n s d o r f (Stat. Rottweil)
mm 113 71 108 49 116 62 136 79 73 31 87 62 985
°C - 1,0 4,0 1,8 7,6 11,1 13,3 18,6 16,1 10,3 11,4 2,2 - 1,0
1996 M ü l l h e i m (Stat. Neuenburg)
mm 8 22 12 40 65 59 102 96 34 64 104 73 679
G r i ß h e i m (Stat. Eschbach)
mm 6,4 27,9 17,3 41,0 93,4 76,4 98,1 116,6 40,4 81,0 95,0 77,7 771,2
°C 0,7 1,4 4,5 11,1 13,2 18,4 18,4 18,1 12,2 10,9 6,2 0,1 9,6
Versuchsfeld (incl. Beregnung)
mm 59 84 132 153 42 59 528
B i n s d o r f (Stat. Rottweil)
mm 5,9 32,6 24,0 25,3 115,5 75,7 108,8 106,9 32,2 62,1 90,9 62,4 742,3
°C -1,3 -2,0 0,8 6,9 10,8 15,1 15,4 15,5 9,2 7,9 3,2 -2,6 6,6
na = nicht gemessen
4 Methode
4.1 Auswahl der Pflanzenarten und Sorten
In Tabelle 3 sind die an den einzelnen Versuchsstandorten untersuchten landwirtschaftlichen Kulturpflanzen
aufgeführt. Bei den einjährigen Kulturen wurden die Wintergetreidearten Gerste, Roggen und
Triticale in Müllheim in allen drei Jahren geprüft. Die übrigen Arten wurden in einem oder zwei Jahren
getestet. Bei den mehrjährigen Kulturen wurden in Müllheim (mit Ausnahme von Miscanthus und
Paulownia) und Binsdorf in den Jahren 1993 bzw. 1994 Parzellen für das Vorhaben angelegt. Die mehrjährigen
Kulturen in Grißheim wurden bereits 1988 von der Universität Hohenheim angepflanzt.
Die Kulturarten wurden nach den folgenden Gesichtspunkten ausgewählt:
- Standorteignung,
- Vorhandensein der Anbautechnik,
- Kosten für Betriebsmittel (Saatgut etc.),
- hoher Energieertrag bzw. -gewinn bei niedriger Anbauintensität,
- Eignung für umweltschonenden Anbau und
- Erntefähigkeit in trockenem Zustand.
Beim Getreide wurde auf den Anbau von Winterweizen verzichtet, da die ethischen Bedenken hinsichtlich
seiner enrgetischen Verwendung häufig zitiert werden.
3

Die Sorten wurden vor allem nach den Kriterien Frühreife, Ertragstreue bei extensiver Behandlung (Lowinput-Sorten),
Krankheitsresistenz, Standfestigkeit, Pflanzenhöhe, Kornsitz und Zulassung (Sortenliste)
ausgesucht. Die Sorten sind in Anhang Tabelle A 1 bis A 9 aufgeführt.
Um möglichst praxisnahe Bedingungen zu gewährleisten, wurden Großparzellen angelegt, die darüber
hinaus eine Erprobung der Erntetechnik ermöglichen:
• Müllheim:
6,5 ar (2 Wiederholungen) 1994; 13 ar (ohne Wiederholung) 1995-96
1 - 2 ar (ohne Wiederholung)
• Grißheim:
16 ar (ohne Wiederholung)
• Gambsheim:
25 ar (ohne Wiederholung)
• Binsdorf:
Die Bestände wurden mit der vorhandenen ortsüblichen Maschinenausstattung. geführt, um zu zeigen,
daß für den Energiepflanzenanbau keine zusätzlichen Investitionen auf Betriebsebene für Spezialmaschinen
notwendig sind.
Tab. 3: Übersicht über die Kulturarten an den Versuchsstandorten der Jahre 1994 - 96
Kultur Müllheim Grißheim Vendenheim Gambsheim Binsdorf
‘94 ‘95 ‘96 ‘94 ‘95 ‘96 ‘94 ‘95 ‘96 ‘94 ‘95 ‘96 ‘94 ‘95 ‘96
e i n j ä h r i g
Hafer ✔ ✔ ✔
Sommerroggen ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Sommertriticale ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Wintergerste ✔ ✔ ✔ ✔
Winterroggen ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Wintertriticale ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Mais ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Hirse
✔ ✔
Sonnenblumen ✔
Raps ✔
Hanf ✔ ✔
m e h r j ä h r i g
Gras ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Miscanthus ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Topinambur ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Weiden ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Pappel ✔ ✔ ✔
Paulownia
✔
4.2 Versuchsdurchführung Energiepflanzenanbau
Die Energiepflanzenbestände wurden vom Grundsatz her konventionell mit der Zielrichtung einer geringen
Intensität geführt. Das bedeutet den Verzicht oder die Reduktion der Stickstoffdüngung (80 - 120 kg
N/ha) und teilweise der Grunddüngung sowie des Pflanzenschutzes (beim Getreide nur Herbizideinsatz),
Verzicht auf Halmverkürzer, geringere Bestandesdichten usw. (s. Anhang Tab. A 1 - A 20). Dadurch
sollen vor allem der Energie-Input bzw. der Kostenaufwand verringert, die Umweltverträglichkeit des
Anbaues gewährleistet und mögliche unerwünschte Verbrennungsprodukte aus eventuellen Pflanzenschutzmittelrückständen
vermieden werden.
4

4.3 Holzsortimente
Die im Vorhaben auf ihre Brennstoffeigenschaften und ihr Verhalten in einer Kohlestaubfeuerung untersuchten
Hölzer stammen aus der Durchforstung von Wäldern im Dienstbezirk des Forstamtes Stuttgart
bzw. aus verschiedenen Schnellwuchsplantagen (s.Tab.4). Sie wurden als Hackschnitzel angeliefert und
vom Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen (IVD) weiter für die Brennstoffanalysen und
die Verbrennungsversuche aufbereitet. Von den einzelnen Baumarten wurden folgende Sortimente für die
Versuche verwendet:
Tab. 4: Übersicht über die untersuchten Holzarten
Fichte Eiche Buche Pappel Weide
Herkunft Df * Df * Df * SWP ** SWP **
Stammbereich ✚ ✚ ✚
Gipfel-/Astbereich ✚
Mischsortiment
(Ganzpflanze)
* Durchforstung; ** Schnellwuchsplantage
✚
✚
4.4 Untersuchungsmethoden
4.4.1 Brennstoffanalyse
Die o.g Kulturarten und Hölzer wurden vom IVD Stuttgart hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung
als Brennstoff untersucht. Die Pflanzenproben der Ganzpflanzen (Korn + Stroh bzw. oberirdische
Biomasse) der einzelnen Jahre bzw. Standorte (s. Tab. 3) stammen stets aus den Großparzellen der
Anbauversuche, aus denen jeweils eine Mischprobe zum Erntezeitpunkt entnommen wurde. Die Durchschnittswerte
bzw. Mediane setzen sich aus 2 bis 6 Einzelwerten (wegen der unter schiedlichen Zahl der
Anbaujahre bzw. Standorte) zusammen. Für die Untersuchungen der Zusammensetzung der Körner bei
kornhaltigen Ganzpflanzen wurden repräsentative Mischproben aus den Großparzellen (ebenfalls zum
Zeitpunkt der Ernte der Ganzpflanze) entnommen und gedroschen, um den reinen Kornanteil zu erhalten.
Die Untersuchung der verschiedenen Energiepflanzen im Labor dienen der Charakterisierung ihrer Verbrennungseigenschaften.
Durch die Kenntnis der Zusammensetzung der Brennstoffe können Aussagen
über die Emissionen, die bei der Verbrennung entstehen, gemacht werden. Üblicherweise werden Festbrennstoffe
auf ihren Gehalt an Feuchtigkeit (Wassergehalt), Asche, Flüchtigen sowie an Restkoks analysiert.
Die Feuchtigkeit sowie der Flüchtigengehalt geben Hinweise auf die Zündwilligkeit des Brennstoffes.
Diese aus der Kohleanalyse stammende Untersuchungsmethode erfolgt thermogravimetrisch. Die
gewogene Probe wird dabei zunächst in Stickstoffatmosphäre bis auf 106 °C erhitzt und die Temperatur
gehalten, bis nur noch eine vernachlässigbare Gewichtsabnahme stattfindet. Die Differenz zwischen dem
Anfangs- und diesem "Zwischengewicht" ergibt den Wassergehalt. Nach diesem "Haltepunkt" erfolgt eine
weitere Erwärmung der Probe bis auf 900 °C. Hierbei werden die Flüchtigen freigesetzt und es resultiert
eine weiter Gewichtsabnahme. Die Temperatur von 900 °C wird 7 Minuten lang gehalten, und
anschließend wird die Probe auf 600 °C abgekühlt. Nun erfolgt anstatt der Stickstoffspülung der Proben
eine Sauerstoffbeaufschlagung und eine Temperaturerhöhung auf 815 °C. Der Restkoks verbrennt nun
unter Sauerstoffatmosphäre. Zurück bleibt ein Mineralstoffanteil, der als Aschegehalt definiert wird.
Die Biomassen werden desweiteren auf ihre elementare Zusammensetzung der Elemente Kohlenstoff
(C), Wasserstoff (H), Stickstoff (N), Schwefel (S) und Chlor (Cl) untersucht. Die Analyse auf C, H,
N und S erfolgt mittels oxidativem Verbrennungsaufschluß. Die eingewogene Probe wird dabei in einem
Verbrennungsrohr in Heliumatmosphäre und unter Sauerstoffzudosierung verbrannt. Die entstehenden
Produkte sind CO 2, H 2O, NO, NO 2, SO 2, SO 3 und molekularer Stickstoff. Die Stickoxide und Schwefeloxide
werden an einem nachgeschalteten Kupferkontakt bei 850 °C quantitativ zu molekularem Stickstoff
und SO 2 reduziert. Außerdem wird überschüssiger Sauerstoff am Kupfer gebunden. Das Eindringen von
5

Luftstickstoff in das Analysensystem wird durch Spülzyklen und ständige Beaufschlagung des Gerätes mit
Helium unterbunden. Somit stammt der in den Analysator gelangende Stickstoff ausschließlich aus der
Verbrennung der Probe.
Die Rauchgase werden anschließend aufgefangen und mittels eines Adsorptionssäulensystems in die Einzelkomponenten
CO 2, H 2O, SO 2 und elementarer Stickstoff aufgetrennt. Diese Komponenten haben
unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten. Sie werden einzeln einer Wärmeleitfähigkeitszelle zugeführt und
die Massenanteile integrativ bestimmt. Aufgrund des bekannten Probengewichtes ist eine Rückrechnung
auf die Gehalte an C, H, N und S des Brennstoffes möglich.
Die in den Proben befindliche Chlormenge wird über eine naßchemische Analyse bestimmt.
Da die Hauptbestandteile von Brennstoffen in ihrem Rohzustand Wasser (Feuchtigkeit), Kohlenstoff,
Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Chlor, Mineralstoffe (Asche) sowie der bereits gebundene Sauerstoff
sind und erstere durch Analysen bestimmt werden, läßt sich der Sauerstoffgehalt als Rest errechnen.
Aus der Kohleanalytik sind empirische Formeln zur Bestimmung des unteren Heizwertes aus der Elementaranalyse
bekannt. Unterschieden wird dabei zwischen älteren Brennstoffen wie Steinkohle und
jüngeren Brennstoffen wie Braunkohlen. Für Biomassen, die in die Kategorie jüngste Brennstoffe einzuordnen
wären, ergeben diese Berechnungsformeln jedoch keine hinreichend genauen Ergebnisse. Der
Heizwert muß also über den Brennwert experimentell-rechnerisch ermittelt werden. Der Brennwert wird
im Labor mittels eines Bomben-Kalorimeters bestimmt. Der untere Heizwert H u wird mit folgender
Formel, in die noch der Brennstoffwassergehalt und der Wasserstoffgehalt einfließen, errechnet:
H u = H o - 24,41 x Wassergehalt (%) - 218,1 x H 2-Gehalt (%)
Der Brennwert H o (oberer Heizwert) unterscheidet sich vom unteren Heizwert H u durch die Verdampfungsenthalpie:
a.) des Wassers, das durch die Brennstoffeuchtigkeit in das Rauchgas gelangt,
b.) des Wassers, das durch die Oxidation des im Brennstoff enthaltenen Wasserstoffes im Rauchgas
enthalten ist.
Der Brennwert H o unterscheidet sich somit umso weniger vom Heizwert H u, je trockener ein Brennstoff
ist und je niedriger der Wasserstoffgehalt des Brennstoffes ist. Bei der Verbrennung von reinem Kohlenstoff
ist der Brennwert gleich dem Heizwert. Hierbei ist zu bemerken, daß beim Einsatz von modernen
Brennwertkesseln, wie sie schon vielfach bei Gasheizungen anzutreffen sind (für die Holzverbrennung
befinden sie sich momentan noch in der Entwicklungsphase), der im Rauchgas vorhandene Wasserdampf
auskondensiert und die freiwerdende Wärme genutzt wird. Somit kann bei dieser Technik der "obere
Heizwert" als zur Verfügung stehende Wärmemenge angesehen werden.
In der landwirtschaftlichen Terminologie wird der Anteil an Wasser im Rohstoff in der Regel als Feuchte
oder Feuchtigkeit angegeben. Dies ist der Wasseranteil bezogen auf die Trockensubstanz. In der Verfahrenstechnik
wird üblicherweise mit dem Wassergehalt gerechnet. Dies ist der Anteil an Wasser auf die
Rohprobe bezogen. Die Feuchtigkeit (u) bzw. der Wassergehalt (w) berechnen sich nach folgenden
Formeln:
Feuchtigkeit u = m Wasser / m Probe atro
Wassergehalt w = m Wasser / m Probe roh
m Wasser
m Probe roh
m Probe atro
Gewicht des Wassers in der Probe
Gewicht der Probe im Rohzustand
Gewicht der Probe absolut trocken
Der Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt und der Feuchte verläuft nicht linear (s. Abb. 1). Für
Werte kleiner 5 % unterscheiden sich Wassergehalt und Feuchte praktisch nicht. Dem Wassergehalt von
50 % entsprechen dagegen 100 % Feuchte. Alle in dieser Arbeit angegebenen Analysenwerte stellen den
Wassergehalt w dar.
6

60
w = 100 * u / (100 + u)
50
Wassergehalt w (%)
40
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Feuchtigkeit u (%)
Abb. 1: Zusammenhang zwischen Feuchtigkeit (u) und Wassergehalt (w)
4.4.2 Sonstige Untersuchungen
Die Energiepflanzen aus den Anbauversuchen wurden bei der Staatlichen Landwirtschaftlichen Untersuchungs-
und Forschungsanstalt (LUFA) Augustenberg zusätzlich auf den Rohproteingehalt der Ganzpflanze
(oberirdisch) sowie des Korns untersucht. Das angewandte Verfahren entspricht den dort
üblichen, anerkannten Analysenmethoden. Dasselbe gilt für die durchgeführten Bodenuntersuchungen
(Bodenstickstoffvorrat N min, Grundnährstoffe und Parameter wie pH, Humus usw.).
Die Untersuchungen der Biomassepflanzen auf Lignin-, Holocellulose-, Cellulose-, Rohcellulose- und den
Hemicellulose(Pentosan-)gehalt wurden vom Wilhelm-Klauditz-Institut der Fraunhofer-Arbeitsgruppe für
Holzforschung in Braunschweig nach genau definierten Analysemethoden durchgeführt.
Die Kornverluste beim Ernteverfahren Schwadmäher und Quaderballenpresse für Getreideganzpflanzen
wurde folgendermaßen bestimmt:
Im Jahr 1994 wurden die Körner nach der Ernte mit der Ballenpresse in der beernteten Großparzellen auf
vier zufällig verteilten Teilstücken à 1 m² gezählt. Dabei wurden die ‘Ballenabwurfstellen’ jedoch vermieden.
Die Zahl der Körner wurde mit dem ermittelten Tausendkorngewicht (TKG) auf Trockenmasse pro
Hektar (dt TM/ha.) umgerechnet.
Im Jahr 1995 und 1996 wurden die Körner durch Absaugen mittels Staubsauger auf 4x1m² erfaßt und
durch Auswiegen der gesiebten und gereinigten Körner die Kornverluste errechnet.
4.5 Verbrennungsversuche
Die Versuche zur Mitverbrennung von Kohle und Biomasse wurden in der 500 kW-Kohlestaubverbrennungsanlage
(KVSA) des IVD Stuttgart durchgeführt.
7

Abb. 2: Aufbau der Versuchsbrennkammer
Die Versuchsanlage wurde ursprünglich für die reine Kohlenstaubverbrennung konzipiert. Durch Modifikationen
wurde die Anlage an die Belange der Mischverbrennung Kohle - Biomasse und die reine Biomasseverbrennung
angepaßt. Die auf 500 kW thermische Leistung ausgelegte Versuchsanlage besteht aus
einer 7,5 m langen Brennkammer (s. Abb. 2) mit einem Deckenbrenner (s. Abb. 3).
Der obere, ausgemauerte Teil der Brennkammer bildet den Strahlungsraum eines Großkessels nach, so
daß Temperatur-Verweilzeitbedingungen erreicht werden, die mit einer Großfeuerung vergleichbar sind.
Der untere, nicht ausgemauerte Teil, stellt den konvektiven Teil einer Großanlage nach.
Die Rauchgase werden am Ende der Brennkammer kontinuierlich abgesaugt und anschließend auf ihren
Gehalt an O 2, CO 2, CO, NO x, C mH n und SO 2 analysiert. Außerdem können aus der Brennkammer
Flugstaubproben isokinetisch abgesaugt werden, um sie im Labor auf ihren Gehalt an Brennbarem zu
untersuchen und daraus den Ausbrand zu bestimmen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die
Rauchgaszusammensetzung direkt in der Flamme zu messen. Dazu werden wassergekühlte Absaugsonden
durch Meßöffnungen auf verschiedenen Ebenen senkrecht zur Flammenachse verschoben und so die
radialen Konzentrationsprofile aufgenommen. Dadurch können detaillierte Untersuchungen zur
Schadstoffentstehung sowie zur Schadstoffminderung innerhalb des Flammenbereiches durchgeführt
werden.
8

Abb. 3: Schematischer Brenneraufbau
Der Brenner (s. Abb. 3) besteht aus drei konzentrisch angeordneten Rohren. Durch das zentrale Rohr
wird zum Aufheizen oder bei der Mischverbrennung Erdgas in die Brennkammer eingedüst. Durch den
inneren Ringspalt erfolgt die Zuführung des Biomasse-Kohle-Gemisches und der Primärluft. Der
Brenner kann jedoch auch ohne Gaslanze betrieben werden, so daß durch das zentrale Rohr ebenfalls ein
Festbrennstoff (wahlweise Kohle oder Biomasse) eingedüst wird. Dies wird im weiteren als
Brennerkonfigurationen bezeichnet.
Die auf bis zu 300 °C vorwärmbare Sekundärluft wird durch den äußersten Ringspalt zugeführt. In
diesem Sekundärluftkanal befinden sich Drallkörper, mit denen sich der Drall von 0 (Strahlbrenner) bis
0,5 (radiale Geschwindigkeitskomponente, ist etwa gleich groß wie die axiale) stufenlos verstellen läßt.
Eine Variation in der Feuerungseinstellung stellt die Luftstufung im Feuerraum dar. Dabei wird nicht die
ganze zur Verbrennung notwendige Luft als Sekundärluft zugegeben, sondern ein Teil als Ausbrandluft
weiter unten über eine zentrale Lanze in den Brennraum eingeblasen. Da der Abstand vom Brenner zur
Stufenluftlanze variabel ist, können verschiedene Verweilzeiten der Rauchgase in der unterstöchiometrischen
Primärverbrennungszone eingestellt werden.
Das Gesamtschema der Versuchsanlage mit der zum Betrieb nowendigen Peripherie ist in Abbildung 4
dargestellt. Die Anlage kann in die folgenden Funktionsgruppen zusammengefasst werden:
- Kohlemahlanlage,
- Kohlemischvorrichtung,
- Dosierorgane (Kohle und Zusatzbrennstoffe),
- Brennkammer und Brenner sowie
- Abgasweg mit Entstaubungseinrichtungen.
9

Die Aufbereitung der Biomasse ist in dieser Anlagendarstellung nicht enthalten, da sie von der Anlage
ausgelagert ist. Die Aufbereitung erfolgt im Versuchsbetrieb nicht "online", sondern im Vorfeld im
"Batchbetrieb". Die Mühlen, mit denen die Aufbereitung erfolgte, sind in Abbildung 5 dargestellt.
Rohkohle
Erdgas
Brennkammer
und Brenner
Rauchgasableitung
Mahlung
Trocknung
1
Metall-
Detektor
Hammermühle
Luft
Erdgas
Luft
Luft
zum
Kamin
Brennkammer
Stufungsluft
Gebläse
LuVo
zum
Kamin
Rezirk.
Ventilator
Saugzug
Ventilator
Kamin
Gewebefilter
Kohlenstaub
Zyklon
Abscheider
Zusatzbrennstoff
Brennstoffmischung
Dosierung
Primärluft
1
Luft
Kohlenstaub
Preßluft
Asche
Kühlwasser
Luft
Kühlwasser
Asche
Verbrennungsluft
Ventilator
Asche
Luft
Asche
Preßluft
Versuchsanlage zum
Einsatz von festen
Brennstoffen in der
Staubfeuerung KSVA
Th. Leist. max. 500 kW
Fließbild
Abb. 4: Fließbild der Kohlenstaubverbrennungsanlage
Die Aufbereitung der Biomassen für die Verbrennungsversuche erfolgte mit der Schneidmühle. Diese
Mühle ist schematisch links in Abbildung 5 gezeigt. Die Biomasse wird in der Mühle zwischen den drei
Rotor- und zwei Statormessern solange zerschnitten, bis sie durch das eingelegte Sieb fallen kann. Der
Lochdurchmesser dieses Siebes bestimmt die Korngröße des Mahlgutes. Mit einem Sauggebläse wird Luft
durch die Mühle gezogen, die einerseits als Kühlluft dient und andererseits die Biomasse mit dieser Luft
pneumatisch in einen Filter fördert. Dort wird die Tragluft von den Biomassepartikeln getrennt und die
Biomasse abgeschieden.
Rohgut
Biomasseaufgabe
Feingut
Abb. 5: Schneidmühle und Hammermühle
Mahlgut
10

Es wurden zusätzlich orientierende Versuche zum Mahlenergiebedarf an der rechts in Abbildung 5 dargestellten
Hammermühle durchgeführt. Auch hier wird die Biomasse durch die Trag- und Kühlluft pneumatisch
befördert und in einem Filter abgeschieden. Die Feinheit des Mahlgutes kann bei dieser Mühle
mit dem Lochdurchmesser des Einlegesiebes, und in gewissen Grenzen durch die Rotordrehzahl, beeinflußt
werden.
In der folgenden Aufzählung sind die Einstellungsmöglichkeiten und Parameter der Versuchsanlage für
die Verbrennungsversuche mit Biomasse-Kohle- bzw. reinen Biomasseflammen dargestellt, mit denen die
Untersuchungen angestellt wurden:
• Biomasseart,
• Biomasseanteil,
• Brennstoffkorngröße,
• Brennstoffeindüsung über Lanze,
• Brennerkonfigurationen,
• Drallzahl und
• Luftstufung im Feuerraum.
11

5 Ergebnisse
5.1 Energiepflanzenanbau
5.1.1 Beerntungsmethoden
Die in den Jahren 1994 bis 1996 geprüften Energiepflanzen wurden mit unterschiedlichen Methoden
beerntet. Die einzelnen Kulturen unterschieden sich in der Beerntungsmethode z.T. zwischen den Jahren
und Standorten. Deswegen ist ein systematischer Vergleich der Erntetechnik zwischen Arten, Standorten
und Jahren nur bei Getreide möglich. Bei der Ernte wurde die in der landwirtschaftlichen Praxis vorhandene
Technik, also keine Spezialmaschinen oder Prototypen, eingesetzt. Rein manuelle Ernte, wie z.B.
beim Topinambur 1994 und 1996 in Müllheim, wird hier nicht berücksichtigt, da sie nur der Ertragsermittlung
diente.
Die eingesetzten Erntemethoden sollten zur Bergung von möglichst trockener, d.h. lagerfähiger und verdichteter
und damit lagerraum- und transportkostensparender Biomasse geeignet sein. Es wurden die in
Tabelle 5 aufgeführten Maschinen und Geräte getestet.
Beim Getreide eignet sich der Schwadmäher und die Quaderballenpresse um die Ganzpflanze bei Erntefeuchten
von maximal 23 % (z.B. bei Roggen) zu bergen (s. Tab. 6 u. Abb.6). Aufgrund eines etwa 4 -
5-fach größeren (gewichtsbezogenen) Lagervolumen im Vergleich zur Steinkohle haben Getreideballen
bei einem geringeren Heizwert eine etwa 7- bis 9-fach geringere Energiedichte, d.h. einen 7 - 9-fach
höheren Lagerraumbedarf für dieselbe Energiemenge wie die Steinkohle (s. Anhang Tab. A 21 - 32). Mit
dem Verfahren waren bei allen Getreidearten und Standorten in den drei Untersuchungsjahren relativ
kurze Erntefenster von circa 1 Monat von Ende Juli bis Ende August möglich. Die festgestellten Kornverluste
waren bei Wintertriticale mit 1,6 % des Ganzpflanzenertrages am geringsten, am höchsten bei
Hafer mit 9,2 %. Beim Wintergetreide waren die Verluste bei Gerste mit durchschnittlich 5,1 % höher als
bei Roggen mit 3,6 %. Bei den Werten ist zu berücksichtigen, daß die Verluste in Binsdorf 1994 durch ein
nicht verfahrensgerechtes Trocknen (zweimaliges Wenden der Schwade) überdurchschnittlich erhöht
wurden. Grundsätzlich ist das Wenden der Schwade kein notwendiger Arbeitsschritt bei diesem Verfahren.
Tab. 5: Übersicht über die eingesetzte Erntetechnik bei ausgewählten Energiepflanzen
Kulturart Einphasig Zweiphasig
1. Phase 2. Phase
Getreide - Schwadmäher Quaderballenpresse
Mais Feldhäcksler Trommelmähwerk Quaderballenpresse
Hirse Feldhäcksler Mähbalken Ladewagen
Hanf - Mähbalken Rundballenpresse
Ladewagen
Raps - Schwadmäher Quaderballenpresse
Gras - Trommelmähwerk
Mähbalken
Quaderballenpresse
Hochdruckballenpresse
Miscanthus Feldhäcksler - -
Topinambur Feldhäcksler
Trommelmähwerk Quaderballenpresse
Schlegelmäher
Weiden Feldhäcksler Motorsäge Anhänger
Pappel Motorsäge Anhänger
Für die Ernte von Ganzpflanzengetreide (bzw. anderen halmgutartigen Energiepflanzen mit ähnlichen
Feuchtegehalten) existiert auch eine nahezu serienreife, selbstfahrende Pelletiermaschine, die in einem
Arbeitsgang schneidet und das Erntegut zu Pellets formt (s. Anhang). Dabei wird gleichzeitig der Wassergehalt
(Erntefeuchte) um wenige Prozentpunkte reduziert.
12

Abb. 6: Schwadmäher und Quaderballenpresse bei der Ernte von Getreideganzpflanzen
Beim Mais besteht neben dem Häckseln, wobei allerdings keine Verdichtung erfolgt, die Möglichkeit, die
abgemähten Pflanzen mit der Ballenpresse zu ernten. Aufgrund des für eine Mahlung für Staubfeuerungen
sowie der eingeschränkten Lagerfähigkeit zu hohen Wassergehaltes von über 25 % - selbst bei sehr
später Ernte im Winter - wurde diese Variante nicht weiter verfolgt.
Tab. 6: Daten zu Ernte und Mengen (Ballenlinie) bei ausgewählten Energieganzpflanzen
Kultur
Erntefenster
Erntefeuchte
Erntemenge 1) Ernte-
/Lagervolumen ²)
Einheit
Tag/Monat
(Ernte 1994-96)
% dt TM/ha Ballen/ha m³/ha rel. zu
Steinkohle ³)
S-Triticale 01/8-23/8 7,9-15,6 90,72 30,5 51,2 4,5
S-Roggen 04/8-23/8 6,8-11,1 78,46 25,3 42,5 4,3
W-Triticale 25/7-19/8 4,7-18,9 116,32 37,7 63,3 4,3
W-Roggen 25/7-19/8 6,2-23,2 106,65 34,9 58,6 4,4
W-Gerste 08/7-19/8 11,2-20,1 104,79 29,0 48,7 3,7
Mais 14/10-02/2 24,8-64,2 102,49 - - -
Hirse 01/10-25/2 43,1-58,0 75,86 - - -
Hanf 4 14/10-26/3 9,6-28,9 79,50 30,6 65,5 6,6
Gras 24/6-18/7 3,7-29,8 57,86 23,5 39,5 5,5
Miscanthus 8/2-18/3 11,1-25,1 101,60 - -
Topinambur 16/1-08/4 11,2-43,2 56,67 - - -
Weidenhäcksel 08/2-05/3 40,7-49,5 82,62 - - -
1) Durchschnitt aus gebildetem und geerntetem Ertrag
² ) Quaderballen 2,0 x 0,7 x 1,2m = 1,68 m³; ³ ) 1 m³ Steinkohle = ca. 800 kg; 4) Rundballen
Die Ballenlinie kann dann interessant werden, wenn die eingesetzte Biomasse feuerungstechnisch höhere
Wassergehalte aufweisen darf bzw. das Preisniveau für Biomassen eine Trocknung erlaubt. Die untersuchten
Hirsen erreichten auch bei Ernteterminen im Winter keine Wassergehalte unter 40 % und dürften
sich daher nur für Nutzungsverfahren mit feuchten Biomassen eignen.
Beim Hanf wurde nur an einem Standort die zweiphasige Ernte mit Doppelmessermähbalken und Rundballenpresse
getestet. Die geringere Verdichtung im Vergleich zu Quaderballen bedeutet ein um knapp
7-fach höheres Lagervolumen und eine über 10-fach geringere Energiedichte als bei Steinkohle (s. Anhang
Tab. A 28). Die Energiedichte von ungefähr 2,7 Gigajoule/m³ entspricht etwa der von Strohballen
(SIEGLE, 1996). Durch die Bodentrocknung wurden Wassergehalte unter 20 % erreicht. Dagegen hatten
13

die stehenden Hanfbestände bei der Ernte im Februar bzw. März Wassergehalte von 23 bzw. 10 %.
Durch die gute Abtrocknung im Bestand kann die Bodentrocknung entfallen und der Hanf in einem
einphasigen Verfahren in lagerfähigem Zustand geerntet werden.
Die Grasernte entspricht, vom späteren Erntezeitpunkt abgesehen, der Ernte von Heu. Sie hat ein kurzes
Erntefenster und gestattet normalerweise an allen Standorten eine Erntefeuchte von unter 20 %. Das
Lagervolumen der Quaderballen liegt zwischen dem des Getreides und des Hanfes.
Der Miscanthus konnte bei einem relativ kurzen Erntefenster Februar/März in der Rheinebene bei
Feuchten von 11 bis 22 % geerntet werden. Die Ernte ist ein- oder zweiphasig möglich. Aufgrund der
kleinen Versuchsfläche wurde lediglich gehäckselt. Andere Verfahren einschließlich speziell entwickelter
Maschinen, wie z.B. spezielle Vollernter (s. Anhang), wurden von anderen Versuchsanstellern ausführlich
getestet (HARTMANN und STREHLER 1995).
Im Gegensatz zu Miscanthus erreicht der oberirdische Aufwuchs von Topinambur bereits ab Oktober
Erntefeuchten von circa 20 %, die im Winter aufgrund von Lager jedoch wieder beträchtlich ansteigen
können (s. Abb. 7). Die Ernte mit Mähbalken und Quaderballenpresse ist wegen hoher Bröckelverluste
keine aussichtsreiche Option. Beim Einsatz des Schlegelmähers konnte der Topinambur in Binsdorf sehr
verlustarm geborgen werden. Das Ernteverfahren bedeutet aber wie beim Feldhäcksler geringere Lagerdichten
bzw. höhere Lagervolumina als bei der Ballenlinie und ist daher bei größeren Transportentfernungen
eher ungeeignet.
Die Weiden wurden zweiphasig mit Motorsäge und Anhänger sowie einphasig mit dem Feldhäcksler
geerntet. Die Erntefeuchten im Februar/März liegen zwischen 40 und 50 %. Für die Ernte von schnellwachsenden
Hölzern stehen ebenfalls speziell entwickelte Erntemaschinen zur Verfügung, die in einem
Arbeitsgang entweder als Häckselgut (wie z.B. CLAAS-Vollernter; s. Anhang) oder als Ganzpflanze
ernten.
100
% TS
Hanf Topinambur Futterhirse Miscanthus
90
80
70
60
50
40
30
2.9. 16.9. 1.10. 14.10. 30.10. 19.11. 4.12. 17.12. 15.1. 3.2. 26.2. 10.03.
Abb. 7: Verlauf des Trockensubstanzgehaltes im Bestand (Müllheim 1996)
14

5.1.2 Trockenmasseerträge
Von den untersuchten Energiepflanzen liegen Ergebnisse zu Hektarerträgen an Ganzpflanzentrockenmasse
vor, die aus Großparzellen stammen und mit in der landwirtschaftlichen Praxis vorhandenen
Maschinen geerntet wurden. Sie entsprechen daher weitgehend den im praktischen Anbau erzielbaren
Erträgen. Darüber hinaus wurde nach Möglichkeit der gebildete Ertrag durch Probeschnitte von 4 bis 6
m² auf den Großparzellen ermittelt. Diese Ertragswerte entsprechen weitgehend Kleinparzellenerträgen,
da die Stoppellänge sehr gering ist sowie Ernteverluste und Fehlstellen fast vollständig vermieden werden.
Die gebildeten Ganzpflanzenerträge bei den untersuchten einjährigen Pflanzenarten lagen in den Jahren
1994 - 96 zwischen circa 90 und über 200 Dezitonnen (dt) Trockenmasse je Hektar (s. Abb. 8). Die höchsten
Erträge wurden von Hirse (Faser- und Futterhirse), Mais und Hanf gebildet, wobei der Hanf in
Müllheim den Mais übertraf (s. Anhang Tab. A 33). Beim Wintergetreide wurden im Mittel Erträge um
circa 130 dt TM/ha (das entspricht etwa 150 dt/ha bei 86 % Trockensubstanz) ermittelt. Deutlich niedriger
war der gebildete Ertrag beim Sommerroggen mit durchschnittlich über 90 dt TM/ha.
dt TM/ha
ø Gebildet ø Geerntet Median Median
200
150
100
50
0
Hafer
Sommertriticale
Sommerroggen
Wintertriticale
Winterroggen
Wintergerste
Mais
Hirse
Winterraps
Sonnenblumen
Hanf
Abb. 8: Spanne der Erträge oberirdischer Biomasse bei einjährigen Energiepflanzen 1994 - 96
Auf den Großparzellen wurde verfahrenstechnisch bedingt nicht der gesamte gebildete Ganzpflanzenertrag
geerntet: Der niedrigste Ertrag wurde bei Winterraps in Müllheim geerntet. Er wurde durch die
hohe Stoppel infolge des angewandten Ernteverfahrens mit Schwadleger, den fast vollständigen Kornverlust
sowie hohe Bröckelverluste beim Pressen beeinflußt (s. Anhang Tab. A 28). Der etwa gleich hohe
Ertrag bei Sonnenblumenganzpflanzen wurde aufgrund des totalen Kornverlustes infolge des späten
Erntetermins ausschließlich vom Stroh gebildet. Im Mittel ebenfalls niedrige Erträge zwischen circa 55 bis
über 70 dt TM/ha wurden bei den Sommergetreidearten (Sommertriticale, -roggen) erzielt. Die große
Spanne bei Sommertriticale ist auf den sehr niedrigen Ertrag 1995 mit knapp 30 dt in Gambsheim bzw.
den höchsten Ertrag beim Sommergetreide mit fast 85 dt in Müllheim 1996 zurückzuführen (s. Anhang
Tab. A 33). In Gambsheim wurde die Sommertriticale in Frässaat ausgebracht, wie alle Kulturen an
diesem Standort Mitte März mit 100 kg N/ha auf einem sehr durchlässigen Boden gedüngt und nicht
gegen Unkräuter behandelt (s. Anhang Tab. A 3). Der Median liegt zwischen dem von Hafer und
Sommerroggen. Die Fähigkeit zur Bildung von Ganzpflanzenertrag nimmt demnach vom Hafer zum
Sommerroggen ab.
15

Höhere Ganzpflanzenerträge wurden beim Wintergetreide geerntet. Sie lagen im Schnitt zwischen 80 und
knapp 100 dt TM/ha (entsprechend 93 und 115 dt bei 86 % TS) und nehmen von der Wintertriticale über
den Winterroggen zur Wintergerste ab. Die große Spanne bei Wintertriticale ist wiederum auf den Standort
Gambsheim zurückzuführen mit der dort angewandten sehr extensiven Bestandesführung. Dafür ist
die Differenz zu den gebildeten Erträgen geringer als bei den beiden anderen Arten. Einerseits ist dies auf
die geringeren Kornverluste beim angewandten Ernteverfahren von durchschnittlich 2 Prozent des Ganzpflanzenertrages
gegenüber 4 % beim Roggen bzw. 5 % bei Gerste zurückzuführen (s. Anhang Tab. A 21
- 23). Andererseits wies Triticale eine geringere Lagerneigung auf als der Roggen, der dadurch eine längere
Stoppel von bis zu 30 cm in Müllheim 1995 (Durchschnitt des Bestandes) hinterließ (s. Anhang Tab. A 34
- 46). Bei der Wintergerste ist die größere Differenz auch auf den in Relation zur Pflanzenhöhe von circa
110 cm hohen ‘Ertragsanteil’ der durchschnittlich 18 cm hohen Stoppel zurückzuführen.
140
120
dt TM/ha
Müllheim Gambsheim Binsdorf
100
80
60
40
20
0
1994 1995 1996 1997 1994 1995 1996 1994 1995 1996
Wintertriticale Winterroggen Wintergerste
Abb. 9: Ganzpflanzenerträge von Wintergetreide an drei Standorten 1994 - 97
In Abbildung 9 ist deutlich der Standorteinfluß auf die Bildung des Ganzpflanzenertrags bei Wintergetreide
zu sehen. Am kühleren und feuchteren Standort Binsdorf sind die geernteten Erträge bei allen drei
Arten in allen Jahren höher als an den beiden Standorten der Rheinebene und erreichen bei Wintertriticale
über 120 dt TM/ha (1995), bei Winterroggen knapp 100 dt sowie bei Wintergerste fast 80 dt TM/ha. Der
höhere Ertrag in Binsdorf ist bei Triticale und Roggen offenbar auf eine höhere Strohbildung als an den
anderen Standorten zurückzuführen. In Binsdorf weisen beide Arten zumindest im Jahr 1995 bzw. weist
die Triticale 1996 ein weites Korn : Strohverhältnis von bis zu 1: 2,8 auf (s. Anhang Tab. A 21 - 23). Bei
Wintergerste tritt dieser Effekt nicht auf. Der sehr niedrige Ertrag in Gambsheim ist auf die oben bereits
beschriebene extensive Art der Bestandesführung zurückzuführen. Weiterhin ist in Abbildung 9 der Einfluß
der Jahre auf den Ganzpflanzenertrag zu erkennen. Im ‘schlechteren’ Getreidejahr 1996 wurde bei
Triticale gegenüber dem Vorjahr in Müllheim fast 30 dt, in Binsdorf fast 15 dt TM/ha weniger geerntet.
Bei Wintergerste waren es in Müllheim über 20 dt weniger. Beim Winterroggen trat kein ertragsmindernder
Jahreseinfluß an beiden Standorten auf. Die Großflächenerträge lagen im Bereich der in Bayern festgelegten
Mindestablieferungsmenge für den Anbau nachwachsender Rohstoffe auf Stillegungsflächen zur
Energieerzeugung bei Wintergetreide mit 70 bis 100 dt/ha bzw. bei Sommergetreide mit 35 bis 45 dt/ha
(BLW 30/1997).
Die geernteten Erträge bei Maisganzpflanzen liegen bei teilweise sehr späten Ernteterminen im Durchschnitt
über vier Standorte (Müllheim, Vendenheim, Gambsheim, Binsdorf) und zwei Jahre bei über 100
dt TM/ha bzw. bei 110 dt (ohne den Standort Gambsheim). Die späten Erntezeitpunkte Ende
Januar/Anfang Februar führen zu den entsprechenden Trockenmasseverlusten gegenüber den gebildeten
16

Erträgen von fast 160 dt Trockenmasse pro Hektar (s. Anhang Tab. A 27). Sie ermöglichen jedoch die
Beerntung von fast lagerfähigem Gut mit z.B. 25 % Feuchte in Müllheim bzw. 28 % in Binsdorf im Jahr
1994.
Beim Hanf wurde im Versuchsjahr 1996 ungefähr die Hälfte des im September gemessenen Biomasseertrags
von fast 150 dt TM/ha geerntet (bei unterschiedlicher Erntetechnik). Der hohe gebildete Ertrag
war u.a. auf die enorme Wuchshöhe von knapp 370 cm zurückzuführen (s. Abb. 10). Der Unterschied ist
zum einen im Ernteverfahren zu suchen, wo in Binsdorf durch das mehrmalige Wenden vor dem Pressen
entsprechende Bröckelverluste auftraten. Zum anderen wurde bei den späten Ernteterminen im Februar/
März, der im Hinblick auf eine Senkung des Wasser- und des Chlorgehaltes gewählt wurde, durch den fast
völligen Blattverlust der Trockenmasseertrag reduziert.
Die größte Differenz zwischen den beiden Erträgen
(Probeschnitt, Großparzelle) weist die Hirse
am Standort Müllheim auf. Die hohen Verluste
sind überwiegend auf die sehr späten Erntezeitpunkte,
die lange Stoppel infolge starken Lagers
und die Erntetechnik (Mähbalken) zurückzuführen
(s. Anhang Tab. A 28 u. A 41). Die unterschiedliche
Bestandesführung entsprechend den
zwei Nutzungsarten Faser- (geringere Bestandesdichte)
und Futterhirse (höhere Bestandesdichte)
hat einen entscheidenden Einfluß auf die Höhe
der Erträge.
Bei den untersuchten einjährigen Kulturarten
bieten sich für eine hohe Biomasseproduktion bei
lagerfähigem Erntegut vor allem die Wintergetreidearten
in der Reihenfolge Triticale, Roggen
und Gerste an. Dasselbe gilt für Hanf als Festbrennstoff,
bei dem der günstigste Erntezeitpunkt
und die entsprechende Erntetechnik noch zu
testen sind. Falls der Wassergehalt bei der Ernte
(Erntefeuchte) wegen nicht notwendiger Lagerung
oder nachfolgender Verfahrensschritte nicht stark
begrenzt ist, sind auch Mais bzw. Hirse auf Standorten
in der Rheinebene geeignet, größere Biomassemengen
als das Wintergetreide zu erzeugen.
Bei den fünf untersuchten mehrjährigen Arten
weist die Pappel am ‘Beregnungsstandort’ Grißheim
die höchste jährliche Biomasseproduktion
Abb. 10: Hanf bildet große Biomassemengen
pro Hektar mit fast 150 Dezitonnen Trockenmasse auf (s. Abb. 11). Im Vergleich dazu ist die Leistung
der Weiden im Mittel mit über 80 Dezitonnen geringer. Am Standort Grißheim liegt der Ertrag mit
durchschnittlich 116 dt TM/ha und Jahr weniger unter dem Pappelertrag als an den beiden nicht beregneten
Standorten Müllheim und Binsdorf mit circa 67 Dezitonnen (s. Anhang Tab. A 33).
Miscanthus liegt zwischen den beiden schnellwachsenden Baumarten mit durchschnittlich fast 125 dt
TM/ha, wobei sich der 1988 gepflanzte Bestand in Grißheim mit 128 dt kaum von dem 1994 in Müllheim
gepflanzten mit 120 dt unterscheidet. Das Gras ist mit im Mittel unter 60 dt TM/ha am ertragsärmsten
und wird vom Topinambur mit unter 70 dt TM/ha leicht übertroffen. Beide weisen jedoch dieselben
Höchsterträge mit circa 85 dt TM/ha bei einem Schnitt auf.
17

200
dt TM/ha/a
Durchschnitt
Median
150
100
50
0
Gras Topinambur Miscanthus Weiden Pappel
Abb. 11: Großparzellenerträge (Höchst-/Tiefstwerte) mehrjähriger Energiepflanzen 1994 - 96
Beim Gras ist der Einfluß der Nutzungsjahre und des Standortes auf den Ertrag bei einer Schnittnutzung
in Abbildung 12 deutlich zu erkennen. Er nahm bei dem an den Standort angepaßten Glatthaferbestand -
der Glatthafer setzte sich zu fast 100 % gegenüber dem Mischungspartner bei der Aussaat, dem Rohrglanzgras,
durch - in Müllheim von über 80 dt TM/ha bei jährlich gleicher Stickstoffdüngung kontinuierlich
auf über 50 dt TM/ha ab. Neben dem Alterungseffekt dürfte auch die zunehmende Verunkrautung
mit Beinwell, der 1995 einmal erfolglos chemisch bekämpft wurde, die Ursache für die Abnahme sein
(s. Anhang Tab. A 43). Die zunehmende Verunkrautung durch Distel dürfte für den ähnlichen Effekt
beim Deutschen Weidelgras in Binsdorf verantwortlich sein. Dort sank der Ertrag von über 50 dt auf
beinahe 30 dt TM/ha im Jahr 1996. Die verwendeten Grasarten waren offenbar auch nicht an den Standort
und die extensive Einschnittnutzung angepaßt.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
dt TM/ha
Müllheim
Binsdorf
1994 1995 1996 1994 1995 1996
Gras
Glatthafer (Müllheim); Dt. Weidelgras (Binsdorf)
Topinambur
Abb. 12: Erträge von Gras und Topinambur (oberirdische Biomasse) 1994 - 96
18

Topinambur lag zunächst beim gleichen Ertragsniveau von über 80 Dezitonnen oberirdischer Trockenmasse
pro Hektar wie das Gras in Müllheim. An beiden Standorten stabilisiert sich der Ertrag bei rund 60
Dezitonnen.
Das an den zwei Standorten der Rheinebene, Grißheim und Müllheim, untersuchte Chinaschilf
(Miscanthus) unterscheidet sich beim Anbau durch unterschiedliche Pflanzjahre und die Beregnung auf
dem sehr durchlässigen Boden am Standort Grißheim. Dort scheint sich der Ertrag des 1988 gepflanzten
Bestandes auf einem Niveau von etwa 130 dt TM/ha zu halten (s. Abb. 13). Die dortige Beregnung ist an
dt TM/ha
1992 1993 1994 1995 1996 ø
200
150
100
50
0
Grißheim '88 * Müllheim '94 ** Müllheim '95 **
* Misc. flor. japonicus (beregnet); ** Misc. sin. 'Gigantheus'
Abb. 13: Erträge von Miscanthus in Grißheim und Müllheim 1992 - 97
die Körner- bzw. Saatmaisproduktion angepaßt und setzt i.d.R. im Juni ein. Sie hat deswegen möglicherweise
nicht die ertragssteigernde Wirkung wie eine den Austrieb fördernde Frühjahrsberegnung. Daneben
ist eine Ertragsdepression durch die unmittelbar benachbarte Pappelparzelle mit ihrem dem Wachstum
entsprechenden Wasserverbrauch zu erwarten. Die 1994 in Müllheim gepflanzte andere Miscanthusform
(Miscanthus sinensis 'Giganteus') hat nach drei Aufwuchsjahren bereits einen Durchschnittsertrag von
120 dt Trockenmasse je Hektar. Dies dürfte auf den tiefgründigen Boden mit gutem Wasserhaltevermögen
und die optimale Unkrautbekämfung in den ersten beiden Jahren zurückzuführen sein. Der 1994 am
gleichen Standort gepflanzte Miscanthus entspricht praktisch einer Nullparzelle ‘Ohne Unkrautbekämpfung
im Pflanzjahr’, da die Unkrautbekämpfung im 1. Jahr zu spät einsetzte und damit nicht zur Wirkung
kam. Durch die Unkrautbekämpfung im 2. Jahr konnte der Ertrag auf knapp 50 Dezitonnen gesteigert
werden.
Bei den an zwei Standorten in der Rheinebene und einem Standort im Albvorland (Binsdorf) angebauten
Weiden ist in Abbildung 14 der Einfluß der Beregnung auf den Trockenmasseertrag zu erkennen. Der
Standort Grißheim hat bei 2- und 3-jährigem Umtrieb etwa doppelt so hohe Erträge wie die zwei nicht
beregneten Standorte Müllheim und Binsdorf. Der starke Abfall in Grißheim 1995 auf knapp
70 dt TM/ha und Jahr ist vor allem auf die erstmalige Ertragsermittlung ohne die weitaus stärker entwickelten
Randreihen zurückzuführen. Außerdem hat die Verunkrautung durch Brombeeren beim letzten
Umtrieb stark zugenommen (s. Anhang Tab. A 46). Der Bestand wurde ein Jahr früher (1988) gepflanzt
als der mit 3-jährigen Umtrieb. In Abbildung 15 ist zu erkennen, daß die Parzelle mit 2-jährigem Umtrieb
beim einjährigen Trieb trotz Beregnung ein geringeres Längenwachstum aufweist als der gleichaltrige
Trieb in Müllheim. Der Ertragsanstieg in Müllheim bei der 2. Ernte auf fast 87 dt TM/ha/a (2-jähriger
19

180
dt TM/ha/a
Grißheim (beregnet) Müllheim Binsdorf
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1989 1991 1993 1994 1995 1996 1991 1994 1995 1996
2-jähriger Umtrieb
3-jähriger Umtrieb
Abb. 14: Erträge von Weiden an drei Standorten 1989 - 96
Umtrieb) und knapp über 50 dt (3-jähriger Umtrieb) ist auf die 1996 verabreichte Stickstoffdüngung von
35 kg N/ha zurückzuführen. Nach CHRISTERSSON (1995) ist eine Düngung bei schnellwachsenden
Hölzern für eine hohe Biomasseproduktion unabdingbar. Beim 3-jährigen Umtrieb wurde in Müllheim
und Binsdorf bis zur ersten Ernte (bzw. in Grißheim grundsätzlich) kein Stickstoffdünger eingesetzt. Der
400
cm
350
300
250
200
150
100
50
0
01.04. 7.5. 31.05. 01.07. 01.08. 30.08. 01.10. 31.10.
Weiden M U2 (W4, T2) Weiden G U2 (W7, T1) Weiden M U3 (W4, T1)
Weiden G U3 (W8, T2) Paulownia M (W1, T1) Pappel G U4 (W8, T1)
Abb. 15: Längenwachstum schnellwachsender Baumarten - Müllheim 1996
20

Ertrag in Müllheim ist mit über 58 dt geringfügig höher als bei 2-jährigem Umtrieb. In Binsdorf wurden
über 10 dt mehr Trockenmasse geerntet als in Müllheim. Dies kann auf die höheren Niederschläge und
ihre günstigere Verteilung über das Jahr zurückgeführt werden.
5.1.3 Energiebilanz
Werden die Trockenmasseerträge (Großparzelle) der Biomassen mit dem Heizwert bewertet, der eng mit
der tatsächlichen Nutzenergie von Brennstoffen korreliert, errechnen sich die niedrigsten Bruttoenergieerträge
mit ungefähr 50.000 MJ/ha (entsprechend circa 30 dt TM/ha) bei Sommertriticale (Gambsheim
1995) bzw. 80.000 MJ/ha bei Sommerroggen (Müllheim 1995) mit einem Ertrag von über 40 dt TM/ha
(s. Anhang Tab. A 47). Mit über 130 dt TM/ha bei Miscanthus (Müllheim 1996) werden knapp 250.000
MJ/ha erzielt. Der Ertrag der Pappel von über 200 dt TM/ha/a in Grißheim 1992 bedeutet über 380.000
MJ/ha/a.
Bewertet man die Bruttoenergieerträge nach DEHLI et al. (1989) mit dem Heizwert von Heizöl Extra
Leicht (circa 35,6 MJ/l), ergeben sich bei den einzelnen Kulturen auf der Basis der Großparzellenerträge
Heizöläquivalente von durchschnittlich circa 2600 Liter pro Hektar beim Gras, 2.900 l bei Sommerroggen
bzw. 3900 bis 4700 l/ha beim Wintergetreide und über 6800 l/ha bei Miscanthus (s. Abb. 16).
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
HÄ l/ha *
Müllheim Venden-/Gambsheim Binsdorf ø
0
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
S-Triticale
Mais
Hanf
Gras
Miscanthus
Topinambur
Weiden
Pappel
* bezogen auf Heizöl EL (35,6 MJ/l)
Abb. 16: Heizöläquivalente ausgewählter Energiepflanzen
Erfolgt die Bewertung auf Basis der gebildeten Erträge, ergeben sich wesentlich höhere Energieerträge
von z.B. durchschnittlich über 6.500 l/ha Heizöläquivalent bei Wintertriticale (s. Anhang Tab. A 47).
Dem Energieertrag bzw. -output ist der Energieaufwand bzw. -input gegenüberzustellen. Nach REIN-
HARDT (1993) werden die Ergebnisse einer Energiebilanz üblicherweise mit sogenannten Input/Output-
Faktoren wiedergegeben, d.h. es wird das Verhältnis der Summe aller Energien auf der Inputseite mit der
Summe aller Energien auf der Outputseite gebildet. Hier wird nach DIEPENBROCK et al. (1995) ‘lediglich’
Input und Output der Systeme quantitativ gegenübergestellt. Die Energiebilanzen der untersuchten Energiepflanzen
erlauben daher ‘nur’ eine Bewertung der ‘Effizienz’ der Energieerzeugung in Form des
21

Energiegewinns und keine Bewertung gegenüber dem fossilen Substitut, wie sie REINHARDT (1993)
exerziert. Die hier berücksichtigten Systemgrenzen der Bilanzierung beziehen sich auf die landwirtschaftliche
Seite der Erzeugung, angefangen vom Energiebedarf für die Produktion von Betriebsmitteln wie
Schlepper, Saatgut, Düngemittel etc. bis zum Transport der Biomasse zum Kraftwerk. Dabei wurde eine
Transportentfernung von 50 km unterstellt, bei der nach KALTSCHMITT et al. (1995) z.B. für Quaderballen
aus Getreideganzpflanzen circa 0,8 % des Energieinhaltes des Erntegutes verbraucht wird. Die
Bilanz wurde für die durchschnittlichen, die niedrigsten und höchsten geernteten sowie gebildeten
Erträge, die im Vorhaben gemessen wurden, errechnet. Dabei wurde die Höhe des mineralischen Stickstoffbedarfes,
der mit den höchsten Anteil am Energieinput hat, in Abhängigkeit vom Ertrag berechnet.
Eine Lagerung der Biomassen wurde nicht berücksichtigt.
Die Angaben zu den Energiebilanzen beruhen auf den angewandten Anbauverfahren, den angegebenen
Systemgrenzen und den aus der Literatur entnommenen Energieaufwendungen für die einzelnen Posten
und gelten somit für die Ergebnisse im Vorhaben. Die Ergebnisse sind daher nicht ohne weiteres mit
denen anderer Autoren zu vergleichen.
Bei Wintergetreide wurde beim durchschnittlichen Großflächenertrag etwa 10mal mehr Energie gewonnen
als für die Produktion (frei Kraftwerk, d.h. ohne Berücksichtigung der kraftwerkseitigen Verbrennung)
aufgewendet wurde (s. Tab. 7). Die höheren Werte zwischen etwa 12 und 13 : 1 bei den gebildeten
Tab. 7: Energie-Output:-Input-Verhältnis ausgewählter Energiepflanzen
Kultur
Ertragsniveau
dt TM/ha
Bruttoenergieertrag
MJ/ha
Energie-Input
MJ/ha
Nettoenergieertrag
MJ/ha
Output:Input =
x:1
W-Triticale min 1
ø 1 53 80
99,30
94 010
173.482
13 325
16.555
80 685
156.927
71
10,5
ø 2 133,36 233.033 19.469 213.565 12,0
max 2 152,20 265.954 20.923 245.031 12,7
W-Roggen min 1 71,01 124.963 13.953 111.011 9,0
ø 1 84,05 147.911 114.541 133.370 10,2
ø 2 129,61 228.088 117.866 210.222 12,8
max 2 155,58 273.790 19.600 254.190 14,0
W-Gerste min 1 71,50 123.466 14.339 109.127 8,6
ø 1 80,32 138.697 14.690 124.006 9,4
ø 2 130,32 225.037 18.561 206.475 12,1
max 2 138,48 239.127 19.147 219.980 12,5
Mais min 1 57,90 103.786 13.780 90.005 7,5
ø 1 102,32 183.409 17.413 165.996 10,5
ø 2 151,50 271.564 22.028 249.535 12,3
max 2 151,80 272.102 22.055 250.047 12,3
Hanf min 1 69,61 119.834 11.717 108.116 10,2
ø 1 79,74 137.290 12.131 125.159 11,3
ø 2 147,53 253.973 14.894 239.079 17,1
max 2 175,86 302.743 16.049 286.694 18,9
Gras min 1 33,30 57.033 8.962 48.071 6,4
ø 1 57,87 99.114 10.527 88.587 9,4
ø 2 77,75 133.162 11.794 121.369 11,3
max 1 86,40 147.977 12.345 135.633 12,0
Miscanthus min 1 89,69 162.473 10.516 151.957 15,5
ø 1 124,27 225.115 12.022 213.093 18,7
max 1 138,81 251.454 12.656 238.799 19,9
Topinambur min 1 57,20 101.839 8.473 93.366 12,0
ø 1 65,77 117.097 8.610 108.487 13,6
ø 2 84,87 151.103 8.911 142.192 17,0
max 2 100,34 178.645 9.155 169.490 19,5
Weiden min 1 50,70 91.508 5.405 86.103 16,9
ø 1 82,63 149.139 6.246 142.893 23,9
max 1 86,83 156.719 6.357 150.362 24,7
1 geernteter Ertrag; 2 gebildeter ~
22

Erträgen zeigen den positiven Effekt der Ertragsteigerung auf die Energiebilanz, wie er auch von
DIEPENBROCK et al. (1995) sowie BECHER und KALTSCHMITT (1997) festgestellt wurde. Der Energieaufwand
zur Bereitstellung von Getreideganzpflanzen (Quaderballen) frei Feuerungsanlage liegt bei den
Durchschnittserträgen ungefähr zwischen 8 und 10 % des Energieinhaltes (s. Abb. 17). Den größten
Anteil am Energieinput hat die Stickstoffdüngung mit etwa 1/4 bis 1/3 des Energieaufwands. Ähnliche
Ergebnisse liegen bei Maisganzpflanzen bei der Ernte in Quaderballen vor. Bei einem höheren Energieoutput
durch den höheren Flächenertrag ergibt sich auch ein höherer absoluter Aufwand beim Stickstoffdüngereinsatz.
Ein weiteres Verhältnis von Output : Input hat der Hanf mit 11 bis 17 : 1 bei den Durchschnittserträgen
(Großfläche, Parzellenschnitt) und der Ernte in Rundballen. Dies ist einerseits auf den
geringen Stickstoffentzug pro Dezitonne Trockenmasse und den dadurch geringeren Energieaufwand und
andererseits durch die hohen Trockenmasseerträge zurückzuführen. Der Anteil des gesamten
Energieaufwandes am Energieinhalt des Hanfes liegt bei knapp 9 bzw. 6 % (s. Anhang Tab. 48 - 56).
250000
MJ/ha
200000
Saatgut Maschineneinsatz N P K Pestizide Energiegewinn
10,5 : 1
18,7 : 1
150000
10,0 : 1
11,3 : 1
13,6 : 1
23,9 : 1
100000
9,4 : 1
50000
0
Wintergetreide
Mais
Hanf
Abb. 17: Energie-Output : -Input - Verhältnis bei ausgewählten Energieganzpflanzen
(Großflächenertrag)
Gras
Miscanthus
Topinambur
Weiden
Das Gras hat trotz niedrigem Energieinput beim durchschnittlichen Großflächenertrag das engste
Output-Input-Verhältnis der dargestellten Energiepflanzen. Dies ist auf den niedrigen Großflächenertrag
von durchschnittlich circa 58 dt TM/ha zurückzuführen, wodurch sich der Anteil des Energieaufwandes
am Energieertrag erheblich bemerkbar macht (s. Anhang Tab. 53). Beim durchschnittlich gebildeten Ertrag
von circa 78 dt/ha wird über 11-mal mehr Energie gewonnen als aufgewandt wurde. Bei Miscanthus
ergibt sich durch einen ebenfalls niedrigen Energieinsatz bei der Produktion und dem hohen Flächenertrag
von über 124 dt TM/ha ein knapp 19mal höherer Energiegewinn als Energieaufwand. Mit zunehmendem
Ertrag erhöht sich der Quotient auf fast 20 (s. Tab. 7). Bei einem Energieaufwand von über 7 %
des Bruttoenergieertrags für die Produktion und Bereitstellung von Topinamburkraut und bei einem
Ertrag von circa 70 dt TM/ha wird etwa 17mal mehr Energie gewonnen. Dabei beeinflußen der geringe
Stickstoffentzug bzw. die geringe Stickstoffdüngung, die aufgrund der Nährstoffrückfuhr durch die
Blätter ausgelassene Grunddüngung und der fehlende Pflanzenschutzmitteleinsatz das Verhältnis günstig.
Dasselbe gilt für die Weiden, die bei einem relativ geringen Energieaufwand von etwas über 6.000 MJ pro
23

Hektar und Jahr und einem Ertrag von über knapp 83 dt TM/ha und Jahr fast 24mal mehr Energie
‘erwirtschaften’. Der geringe Energieinput ist dadurch bedingt, daß praktisch nur Energie für die alle zwei
oder drei Jahre stattfindende Ernte eingesetzt wird, und sich der Aufwand für die Anlage auf die gesamte
Nutzungsdauer von z.B. 15 Jahren ‘verteilt’.
Beim Vergleich der Biomassen untereinander sind - aus Sicht der Energiebilanz - solche zu bevorzugen,
die ein weites Verhältnis von Output zu Input bei hohem absolutem Energiegewinn haben. Dazu ist in
den untersuchten Fällen vor allem Miscanthus zu zählen.
Die Ergebnisse decken sich mit denen anderer Autoren, wobei für die einzelnen Kulturen allerdings große
Schwankungsbreiten vorliegen. Für Getreideganzpflanzen, Miscanthus und Holz aus Kurzumtriebsplantagen
errechnet KTBL (1995) ein Output:Input-Verhältnis von 8,5 : 1 sowie 19,7 : 1 bzw.
14,2 : 1. DIEPENBROCK et al. (1995) weisen für Energiegetreide 9 bis 12 : 1 bzw. bei Triticale 14,5 : 1
sowie 5 bis 27 : 1 bei Kurzumtriebshölzern aus. Bei BLOK et al. (1995) wird für den Anbau von Weiden
ein Verhältnis von 23 bis 26:1 angegeben, das in der Zukunft durch Verbesserung des Anbaues auf etwa
50 erhöht werden soll. Ebenfalls beachtliche Spannen sind in der Literaturrecherche von SCHOL und
KAULFUß (1995) vorzufinden. Für schnellwachsende Hölzer wird eine Spanne von 17,3 : 1 bis 28,8 : 1; für
Miscanthus von 7,6 : 1 (Pellets) bis 24,8 : 1 (Ballen); für Getreideganzpflanzen 4,5 bis 15,8 sowie für
Heuballen 10 : 1 angegeben.
Die absolute Höhe der Energiebilanzen sagt noch nichts darüber aus, ob die energetische Nutzung von
fester Biomasse - abgesehen vom Treibhauspotential aufgrund der weitgehenden CO 2-Neutralität - auch
hinsichtlich der Emissionen gegenüber den fossilen Energieträgern zu bevorzugen ist. Nach BECHER und
KALTSCHMITT (1997) kann feste Biomasse zu höheren Stoffreisetzungen im Vergleich zu substituierbaren
fossilen Energieträgern führen. Dabei weisen Hölzer wegen ihrer stofflichen Zusammensetzung geringere
Emissionen als halmgutartige Biomassen auf und sollten deshalb bevorzugt werden. Von den möglichen
Nutzungskonzepten wäre zur Zeit die Zufeuerung von Biomasse in Stein- und Braunkohlekraftwerken
aus energetischer und ökologischer Sicht sowie aus Kostengründen sinnvoll.
5.1.4 Lagerung von Energiepflanzen
Bei den in Quaderballen geernteten Energiepflanzen (Getreide, Gras) wurde nach der Ernte die Temperatur
gemessen, um mögliche Erwärmungen zu erkennen. Die Ballen wurden im Freien gelagert und mit
einer Kunststoffplane abgedeckt. Nach circa einem Jahr wurden einige Ballen geöffnet, um den Zustand
zu kontrollieren.
Die Ballen wiesen bei der Ernte Innentemperaturen von ungefähr 25 bis 40 °C auf (s. Tab. 8). Bei der
Wintertriticale 1995 erwärmten sich die Ballen in der 2. und 3. Woche auf knapp unter 50°C, kühlten
danach aber wieder auf etwa 30°C ab. Dies ist auf den im Vergleich zu den anderen Jahren und Arten
höheren Wassergehalt von 19 % zurückzuführen.
Bei der Wintertriticale 1995 erwärmte sich ein Ballen sogar kurzfristig auf 60 °C, kühlte aber innerhalb
von ungefähr 2 Wochen auf ca. 30 °C ab. Die Erwärmung dürfte auf den beim Pressen noch nicht vollständig
abgetrockneten Anteil von Quecke zurückzuführen sein. Der erwärmte Ballen wies beim Öffnen
nach über 3 Monaten nesterartig verteilt Schimmel auf.
Bei den Ballen aus der Ernte 1994 wurden nach einjähriger Lagerung Lang- oder Bodenwanzen
(Rhyparochromus vulgaris), die allerdings keine Schäden verursachen, und ein niedriger Besatz an Mäusen
vorgefunden. Bei den bei der Ernte 1995 geenrteten Ballen wurden nach einjähriger Lagerung unter undichten
Stellen der Abdeckplane Verschimmelungen im Ballen festgestellt. Außerdem waren in den
Ballenstapeln ein sehr starker Befall mit Ratten sowie ein schwacher Befall mit Mäusen festzustellen. Es
spricht also einiges dafür, Getreideganzpflanzenballen nicht sehr lange und möglichst unter einem stabilen
Regenschutz (Dach) mit entsprechender vorbeugender Bekämpfung von Vorratsschädlingen zu lagern. In
Ballen, die zumindest ein Jahr ‘überwintern’, nimmt der Wassergehalt offenbar infolge nicht vermeidbaren
Wasserzuganges geringfügig zu, was zu Gärvorgängen und damit höheren Temperaturen als bei der Ernte
führen kann.
24

Die 1996 geernteten Weiden in Müllheim wurden direkt nach der Ernte als Ganzpflanze in Bündeln und
aufgestapelt am Feldrand ohne jede Abdeckung gelagert, um den Verlauf der Abtrocknung zu verfolgen.
Der bei der Ernte festgestellte Wassergehalt von ca. 50 % reduzierte sich bis Ende Mai auf 20 % (s. Abb.
18). Er blieb bis Anfang Oktober konstant bzw. nahm noch geringfügig weiter ab. Der Wassergehalt von
Holz aus Schnellwuchsplantagen wird aus Gründen der Logistik diskutiert. Zum einen wirkt er sich
nachteilig auf Transportkosten aus, zum anderen ist er hinsichtlich der Hygiene der Atemluft beim Bedienungspersonal
einer Biomasseanlage bedenklich, da sich bei der Lagerung von feuchten Holzhackschnitzeln
Pilze und deren Sporen bilden können (JIRJIS 1995).
Tab. 8: Lagerung von Quaderballen in Müllheim 1994 - 96 (Feld, Abdeckplane)
Ballentemperatur nach Ernte Zustand nach
Jahr Wasser- 1.Woche 2. Woche 3. Woche 4. Woche 1 Jahr Lager
gehalt
Einheit % °C °C °C °C
W-Triticale 1994 4,7 26-28 20-25 allgemein:
1995 18,9 30-60 37-46 32-47 28-36
1996 8,3 36-39 28 ca. 20 % Feuchte,
W-Roggen 1994 6,2 25-29 25-27 58°C
1995 6,2 33 22 29-30 Ratten, Mäuse
1996 23,2 32-37 Bodenwanzen
W-Gerste 1994 20,1 27-33 28-35 24-25 z.T. Schimmel
1995
1996 11,2 30-31
Gras 1994 3,8 30-32 20-27 25-36 21-24
1995 7,3 29-30 27 30 20 % Feuchte,
1996 9,3 26-28 24 70°C
Bei der Lagerung von Energieganzpflanzen ist für mögliche Kraftwerkbetreiber der höhere Lagerraumbe-
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
% H 2 O
0
29.2. 31.05. 03.07. 1.8. 30.08. 1.10.
29.2.96 31.5.96 3.7.96 1.8.96 30.8.96 1.10.96
(Ernte)
Wassergehalt (%) 49,4 19,4 15,4 12,1 16,4 16,7
Abb. 18: Trocknung von Weidentrieben in Müllheim 1996 (Feld, ohne Abdeckplane)
25

darf im Vergleich zum fossilen Energieträger von Bedeutung. In Tabelle 9 ist die Energiedichte von in
Ballen geernteten Energiepflanzen im Vergleich zu Weidenhäcksel dargestellt.
Die Getreideganzpflanzen haben bei einem Raumgewicht zwischen etwa 200 und 250 kg pro Kubikmeter
eine gegenüber Steinkohle fast 6-fach geringere Energiedichte, d.h. sie benötigen fast 6 mal soviel Lagerraum
bei der gleichen Energiemenge. Die Gerste mit einem i.d.R. hohen Kornanteil im Ballen beansprucht
weniger Volumen als Roggen und Triticale (s. auch Anhang Tab. A 21-32). Im Vergleich zu
leichtem Heizöl benötigen Quaderballen mit Getreideganzpflanzen etwa 10-mal mehr Lagerraum.
Der im Rundballen geerntete Hanf hat von den dargestellten Biomassen die geringste Energiedichte aufgrund
des geringen Raumgewichtes. Sie liegt aber mit 2,7 GJ/m³ noch über einem Strohballen mit etwa 2
GJ/m³. Die Energiedichte von Grasballen liegt zwischen Hanf und Getreide. Diejenige von Weidenhäckselgut
ist mit der von Gersteganzpflanzen in Quaderballen vergleichbar.
Tab. 9: Lagerraumbedarf ausgewählter Energiepflanzen
W-Triticale W-Roggen W-Gerste Hanf Gras Weide
Raumgewicht dt/m³
(86 % TS)
Quaderballen 2,07 2,06 2,47 - 2,00 -
Rundballen - - - 1,70 - -
Häcksel - - - - - 2,50
Heizwert H u J/g (lftr.) 15564 15795 15510 15576 15296 16566
Energiedichte GJ/m³ 3,2 3,3 3,8 2,7 3,1 3,7
rel. zu Steinkohle * x:1 6,3 6,3 5,3 7,4 6,5 5,4
rel. zu Heizöl ** x:1 11,3 11,2 9,4 13,2 11,6 9,6
* 1 m³ = ca. 800kg = ca. 20 GJ; ** Heizöl EL = 35,615 GJ/m³
5.1.5 Aspekte des umweltgerechten Anbaues von Energiepflanzen
Im folgenden Kapitel wird auf die zwei wichtigsten Aspekte einer umweltgerechten Landbewirtschaftung,
den Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, eingegangen.
Beim Pflanzenschutz darf vereinfacht davon ausgegangen werden, daß die Form - mechanisch oder
chemisch - sowie die Art und die Zahl der Anwendungen von Pflanzenschutzmitteln eine gewisse Aussagekraft
über den Grad der umweltgerechten Bewirtschaftung besitzen.
Bei Hanf und den mehrjährigen Kulturen Gras, Topinambur und Weiden wurden keine Pflanzenschutzmittel
eingesetzt (s. auch Anhang Tab. A 1 - 9). Bei Miscanthus wurde vor der Pflanzung und im 1. bzw.
2. Aufwuchsjahr Unkraut chemisch sowie mechanisch bekämpft. Im 3. Jahr nach der Pflanzung war keine
Unkrautbekämpfung mehr notwendig. Bei den übrigen Kulturen wurde das Unkraut mit ein bis zwei
Herbizidanwendungen (Getreide) bzw. zusätzlich mit der Unkrauthacke (Mais, Hirse) bekämpft. Andere
Pflanzenschutzmittel als Herbizide kamen in keinem Fall zur Anwendung.
Tab. 10: Pflanzenschutz bei ausgewählten Energiepflanzen an den Versuchsstandorten
(Zahl der Anwendungen)
Getreide Mais Hirse Hanf Gras Misc. Topinambur Weiden
Unkrautbekämpfung
- mechanisch 0 1 1 0 0 1
0 0
(1. Jahr)
- chemisch 1 - 2 1 - 2 1 - 2 0 0 1
0 0
(vor
Pflanz.)
Sonst. Pflanzenschutz 0 0 0 0 0 0 0 0
Um die Auswirkungen des Anbaus von Energiepflanzen und der Ernte von Ganzpflanzen auf die Bodenfruchtbarkeit
und ggfs. auf die Grundwasserqualität zu erfassen, wurden im Rahmen des Vorhabens
26

Bodenuntersuchungen durchgeführt. Es wurden jährlich die N min-Rückstände im Boden nach der Ernte
gemessen sowie eine Grundbodenuntersuchung (P, K, Mg, pH-Wert, Humus, Gesamt-N) durchgeführt,
um die Auswirkungen der vollständigen Abfuhr des oberirdischen Aufwuchses u. a. auch auf den
Humusgehalt zu erfassen.
In Tabelle 11 ist zu erkennen, daß der Anbau von Energiepflanzen hinsichtlich der Auswaschungsgefahr
von Nitrat aus dem Boden ins Grundwasser nach der Ernte insgesamt eine eher geringe Gefahr darstellt,
da die N min-Werte nach der Ernte zwischen 2 und 61 kg N/ha lagen. Eine Ausnahme hiervon bildet
Binsdorf, wo die N min-Werte bei Getreide im Jahr 1995 bei über 200 kg N bzw. in den beiden übrigen
Jahren bei 55 bis über 80 kg N/ha und damit höher als beim Getreide in Müllheim lagen. Dies dürfte vor
allem auf die während der Vegetationsperiode lang anhaltende Mineralisierung von Stickstoff - also auch
noch bei der Getreideernte - in dem stark humosen Boden zurückzuführen sein. Die Stickstoffdüngergaben
beim Getreide waren in Binsdorf mit maximal 90 kg N/ha sogar niedriger als in Müllheim
(s. Anhang Tab. A 17-20). Die niedrigsten N min-Werte in Müllheim wurden unter Gras mit Werten unter
10 kg N/ha gemessen. Ebenfalls niedrige Werte wurden unter den Weiden vorgefunden, wo im Herbst
bzw. Frühjahr die Werte zwischen 2 und 12 kg N/ha lagen.
Tab. 11: Bodenuntersuchungen bei ausgewählten Versuchsparzellen bzw. Energiepflanzen in
Müllheim und Binsdorf 1994 - 96
Standort/ Kultur Jahr Humus pH P 2O 5 K 2O N min bei Ernte
Parzelle % mg/100g mg/100g kg N/ha (0-90 cm)
M ü l l h e i m
Parz. 2 W-Gerste 1994 1,8 5,8 12 23 26
W-Roggen 1995 1,7 6,6 13 30 34
W-Triticale 1996 1,2 6,0 12 27 31
Parz. 4 Mais 1994 1,7 6,8 11 17 61
S-Triticale 1995 1,6 6,6 13 25 13
W-Gerste 1996 1,4 6,2 10 22 17
Parz. 8 W-Roggen 1994 1,8 6,1 16 19 16
Miscanthus 1995 1,7 6,3 17 25 45
Miscanthus 1996 1,9 6,3 15 24 4
Parz. 9 Gras 1994 2,2 7,0 19 15 5
1995 2,1 6,4 17 18 8
1996 1,8 6,7 20 21 5
Parz. 10 Topinambur 1994 n.a. 5,8 12 14 n.a.
1995 2,3 6,7 15 22 43
1996 2,6 6,5 15 24 23
Parz. 11 Weiden 1994 2,4 6,5 15 15 10
1995 2,2 6,5 19 19 12
1996 2,7 6,7 18 20 2
B i n s d o r f
Parz. 1 S-Triticale 1994 8,5 6,5 5 8 73
W-Roggen 1995 n.a. n.a n.a. n.a. 165
W-Gerste 1996 8,5 .6,8 6 8 75
Parz. 3 Hafer 1994 10,1 6,7 4 6 82
W-Triticale 1995 n.a. n.a. n.a. n.a. 221
W-Roggen 1996 9,9 6,2 7 9 55
n.a. = nicht analysiert
Weiterhin beachtenswert ist der Verlauf des Humusgehaltes bei den verschiedenen Fruchtfolgen bzw.
Kulturen in den drei Untersuchungsjahren. Bei den reinen Getreidefruchtfolgen in Müllheim (ohne jeden
27

Humusersatz wie z.B. Stroh oder Zwischenfrüchte) zeigt sich deutlich, daß bei der Ernte der Getreideganzpflanzen
(Korn und Stroh) der Humusgehalt jährlich zurückgeht.
In der Parzelle 8, wo auf Winterroggen zwei Jahre Miscanthus folgen, deutet sich dagegen eine Zunahme
des Humusgehaltes an (s. Anhang Tab. A 13). Sie ist auf die bei der Ernte bereits überwiegend abgefallenen
und auf dem Feld verbleibenden Blattreste, die Zunahme der Wurzelmasse sowie die fehlende
Bodenbearbeitung zurückzuführen. Bei den übrigen mehrjährigen Kulturen Gras, Topinambur und
Weiden, die 1993 bzw. 1994 auf Ackerland gesät bzw. gepflanzt wurden, ist ein ähnlicher Effekt zu
beobachten.
Bemerkenswert hinsichtlich der Versorgung des Bodens mit den Hauptnährstoffen Phosphor und Kalium
ist ferner, daß bei den mehrjährigen Kulturen (wie z.B. bei den Weiden) auch bei fehlender Grunddüngung
die Gehalte im Oberboden ansteigen. Dies dürfte vor allem bei den Weiden mit nicht jährlicher
Ernte, aber auch beim Topinambur und Miscanthus, unter anderem auf eine Rückfuhr von Nährstoffen
(die über die Wurzeln aus tieferen Schichten akkumuliert wurden) durch die auf dem Acker verbleibenden
Blätter zurückzuführen sein.
5.1.6 Inhaltliche Zusammensetzung von Energiepflanzen
Brennstoffanalysen
Um das Verbrennungsverhalten und die möglichen Auswirkungen der Verbrennung auf die Feuerungsanlage
grob abschätzen zu können, wurden alle im Forschungsvorhaben geernteten Energiepflanzen hinsichtlich
ihrer einen Brennstoff charakterisierenden Eigenschaften untersucht. Ermittelt wurden die
Gehalte an Stickstoff, Schwefel und Chlor sowie an flüchtigen Bestandteilen, festem Kohlenstoff und
Asche. Die Gehalte an Stickstoff, Schwefel und Chlor sind für die Emissionen von NO x, SO 2 und HCl
verantwortlich und werden daher eher als unerwünschte Bestandteile eines Brennstoffs betrachtet. Das
Chlor kann darüberhinaus zu Hochtemperaturkorrosion an Überhitzer- und Verdampferheizflächen von
Dampferzeugern führen. Die Anteile an flüchtigen Bestandteilen und festem Kohlenstoff charakterisieren
den Brennstoff in seiner Verbrennungs- und Entgasungseigenschaft. Als weitere wichtige Größe wurde
der obere Heizwert (Brennwert) der Brennstoffe ermittelt, aus dem wiederum der untere Heizwert
berechnet wurde. Der Rohprotein- bzw. der Stickstoffgehalt wurde untersucht, um Anhaltswerte über den
Stickstoffentzug von Ganzpflanzen zu erhalten. Ferner wurden die Lignin- und Cellulosegehalte der
Ganzpflanzen analysiert. Hohe Zellulose- (und Trockensubstanz-gehalte) erlauben Aussagen über die
Eignung von Biomassen zur energetischen und stofflichen Verwertung unter Minimaleinsatz von Produktionsmitteln.
Um die Eignung der Biomasse für eine Zufeuerung in einer Kohlenstaubfeuerung zu ermitteln, müssen
nach SIEGLE et al. (1996) die Auswirkungen auf die Verbrennungsanlage und die Rauchgasreinigung
geprüft werden. Basierend auf den Brennstoffanalysen kann durch Vergleich der Biomassen mit dem
Auslegungsbrennstoff Steinkohle abgeschätzt werden, ob Auswirkungen auf den Kessel und die nachgeschalteten
Rauchgasreinigungen zu erwarten sind. In Tabelle 12 sind die Kennwerte für die Brennstoffbreite
dargestellt, für die Steinkohletrockenfeuerungen im allgemeinen ausgelegt sind. Die Einschränkung
des Heizwertes und des Wassergehaltes der Kohle geht dabei auf die Auslegung der Kohlemühlen zurück.
Der Aschegehalt bestimmt die Größe der Entstaubungs- und Entschlackungseinrichtung, wird aber auch
durch einen Sicherheitszuschlag bei der Auslegung der Berührungsheizflächen aufgrund der
Erosionsbeanspruchung berücksichtigt. Der Schwefelgehalt ist Auslegungsgrundlage für die Rauchgasentschwefelungsanlage
(REA) und die Luftvorwärmer. Die Feuerraumendtemperatur wird nach der zu
erwartenden Ascheerweichungstemperatur ausgelegt. Vor Eintritt in die Konvektivheizflächen sollte die
Rauchgastemperatur die Erweichungstemperatur der Asche nicht wesentlich überschreiten, um eine Verschlackung
der Berührungsheizflächen zu vermeiden.
28

Tab. 12: Auslegungsgrundlagen für eine Steinkohlenfeuerung
Heizwert MJ/kg 24,7 - 30,5
Wassergehalt % max. 13
Aschegehalt % max. 16
Schwefelgehalt % max. 1,4
Feuerraumendtemperatur °C 1150 - 1300
Brennwert
Der Brennwert der untersuchten Ganzpflanzen liegt bei den nicht holzartigen Energiepflanzen durchschnittlich
zwischen ca. 18.500 und 19.500 J/g (Joule/Gramm), bei den holzartigen zwischen 19.500 und
knapp 21.000 J/g (s. Tab. 14). Er unterscheidet sich bei Getreide- und Maisganzpflanzen nicht von dem
der Körner (s. Abb. 19). Bei den Ölpflanzen Sonnenblume und Raps ist der Brennwert der ölhaltigen
Körner deutlich höher und liegt im Bereich der Steinkohle. Die Werte der Ganzpflanzen sind aufgrund
des sehr geringen Kornanteils im Erntegut bzw. in der Probe nicht höher als bei Getreideganzpflanzen.
Sie streuen bei den einzelnen Kulturen in einem sehr engen Bereich (s. Anhang Tab. A 63). Der Brennwert
des Strohs entspricht in etwa dem der Getreide- bzw. Maiskörner (s. Tab. 13).
35000
J/g (wasserfei)
Ganzpflanze
Korn
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Hafer
S-Triticale
S-Roggen
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
Mais
Sonnenblumen
Raps
Steinkohle Gött.
Abb. 19: Durchschnittlicher Brennwert von Energiepflanzen (Ganzpflanzen und Korn)
Tab. 13: Brennstoffanalysen von Stroh (Werte auf wasserfrei bezogen)
Sommer-
Gerste
Flüchtige
%
Asche
%
Fixed C
%
S
%
S
g/MJ
N
%
N
g/MJ
Cl
%
Cl
g/MJ
Brennwert
Ho (J/g)
78,65 4,27 17,08 0,12 0,06 0,61 0,29 0,4 0,2 20.544
Mais 78,51 4,74 16,75 0,11 0,06 0,84 0,45 0,31 0,17 18.470
Somnnenbumen
79,99 4,28 15,72 0,05 0,023 0,91 0,43 0,14 0,08 21.023
29

Flüchtigengehalt
Die durchschnittlichen Flüchtigengehalte (in der Trockenmasse) der untersuchten Biomassen liegen im
Bereich von 75 % bei Glatthafer und über 87 % bei Hanf (s. Tab. 14). Die Kornanalysen ergeben Werte
im gleichen Bereich (s. Tab. 15). Die Spanne der Werte bei den einzelnen Kulturen ist sehr eng (s. Anhang
Abb. A 58). Der niedrigste Einzelwert liegt bei Glatthafer bei 74 %, der höchste bei Hanf mit knapp
89 %. Die Hölzer liegen im gleichen Bereich mit Ausnahme der Eiche, die 73 % aufweist. Dagegen
wurden in den untersuchten Chargen der Steinkohle Flüchtigengehalte von durchschnittlich etwas mehr
als 30 % gemessen.
Durch den hohen Flüchtigengehalt der Biomassen erfolgt die Verbrennung zu einem größeren Anteil in
homogenen Gasreaktionen. Verbunden mit der früheren Freisetzung der Flüchtigen bei bereits 300 °C
(Steinkohle bei 450 bis 500 °C) wird zunächst eine schnellere Zündung der Biomasse vermutet. Diese
weist jedoch einen höheren Wassergehalt auf, der beim Eintritt in die Brennkammer zunächst (isotherm)
verdampft werden muß. Deshalb erfolgt eine im Vergleich zur Kohle verzögerte Zündung, gefolgt von
einem rascheren Abbrand.
Aschegehalt
Die Aschegehalte (bezogen auf die Trockenmasse) bei nicht verholzten Ganzpflanzen sind mit durchschnittlichen
Werten zwischen knapp 2 % bei Hanf und über 9 % beim Weidelgras weit gestreut (s. Tab.
14). Die Hölzer liegen mit Werten unter 0,5 % am niedrigsten, wobei Fichtenreisig und die Hölzer aus
Schnellwuchsplantagen höhere Aschegehalte aufweisen, die im Bereich von Hanf und darüber liegen. Bei
den einzelnen Kulturen (Ganzpflanzen) streuen die Werte z.T. erheblich (s. Anhang Abb. A 59). Am
stärksten bei den Sonnenblumen, die mit dem Höchstwert von 9,8 % im Bereich der Steinkohle liegen.
Der zweithöchste Einzelwert wurde beim Deutschen Weidelgras mit 9,5 % gemessen, der niedrigste mit
1,5 % beim Hanf. In den Körnern von Getreide und Mais wurden niedrige Aschegehalte zwischen ca. 1,8
und 3 % vorgefunden (s. Abb. 20).
10
Asche % (wasserfrei)
Ganzpflanze
Korn
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Hafer
S-Triticale
S-Roggen
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
Mais
Sonnenblumen
Raps
Steinkohle Gött.
Abb. 20: Aschegehalt von Energiepflanzen (Ganzpflanze und Korn)
Sie liegen damit im Bereich der Hölzer aus Schnellwuchsplantagen, während die ölhaltigen Körner von
Sonnenblumen und Raps Gehalte um 4 % aufweisen. Die Gehalte bei Stroh von Sommergerste, Mais und
30

Sonnenblume liegen zwischen 4,3 und 4,8 % (s. Tab. 13). Der Restkoksgehalt weist Werte zwischen 11 %
für das Sonnenblumenstroh und 19 % für das Fichtenreisig auf. Auch die Weide liegt mit über 18 % im
oberen Wertebereich.
Gesamtkohlenstoffgehalt
Bei den einzelnen Energiepflanzen weisen sowohl die Ganzpflanze als auch die Körner beim Gesamtkohlenstoff,
durchschnittliche Gehalte (bezogen auf die Trockenmasse) zwischen ca. 44 % (Pappel) und
über 53 % (Kiefer und Fichte) auf (s. Tab. 14 u. 15). Die Hölzer liegen mit Ausnahme von Weiden und
Pappel über 50 %.
Wasserstoff
Der Wasserstoffgehalt in der Trockenmasse liegt bei allen untersuchten Ganzpflanzen und Kornteilen
zwischen 5,5 und 6,5 % ohne Unterschied zwischen verholzten und nicht verholzten Pflanzen.
Stickstoff
In Abbildung 21 ist der deutlich höhere Stickstoffgehalt (bezogen auf den Brennwert) der Körner im
Vergleich zu den Ganzpflanzen zu erkennen. Er liegt im Durchschnitt bei 0,8 und 1,1 g/MJ bzw. 1,7 und
2,7 Gew. % i. TM. In den körnerhaltigen Ganzpflanzen incl. Gras sind durchschnittlich zwischen 0,5 und
1,0 g/MJ bzw. 0,9 und 1,8 % vorzufinden. Bei samenlos geernteten und analysierten Faserpflanzen liegt
der Stickstoffgehalt zwischen 0,4 % bei Miscanthus und 0,6 % bei Hanf. Der hier untersuchte Kenaf
enthält etwa 1,1 % Stickstoff. Die Waldresthölzer weisen mit circa 0,1 % sehr niedrige Werte auf und
unterscheiden sich untereinander nur sehr geringfügig. Lediglich die Vertreter der Schnellwuchsplantagen,
Weide und Pappel, sowie das Fichtenreisig haben einen etwas höheren Stickstoffgehalt. Dies ist auf den
hohen Rindenanteil dieser sehr dünnastig geernteten Biomassen sowie die beim Fichtenreisig mituntersuchten
Fichtennadeln zurückzuführen. Die Gehalte der Ganzpflanzen streuen erheblich (s. Anhang Abb.
A 60). Beim Getreide liegen die Tiefstwerte um 0,3 g/MJ und bewegen sich damit im Bereich der
Höchstwerte der ‘strohartigen’ Pflanzen Hanf, Miscanthus und Topinambur bzw. der Plantagenhölzer
Weide und Pappel. Die Höchstwerte des Getreides kommen an den unteren Bereich der Werte des
Deutschen Weidelgrases heran. Im untersuchten Stroh lagen die Werte zwischen 0,6 und 0,9 % bzw. 0,3
und 0,4 g/MJ und damit unter den Werten der Ganzpflanzen bzw. im Bereich der ‘strohartigen’ Ganzpflanzen
(s. Tab. 13).
1,20
N g/MJ (wasserfrei)
Ganzpflanze
Korn
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Hafer
S-Triticale
S-Roggen
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
Mais
Sonnenblumen
Raps
Steinkohle Gött.
Abb. 21: Stickstoffgehalte von Energiepflanzen (Ganzpflanze und Korn)
31

Tab. 14: Mittlere Brennstoffeigenschaften von Energiepflanzen an 5 Standorten (oberirdische Biomasse)
1993-96 G a n z p f l a n z e n (Werte bezogen auf wasserfrei)
Flüchtige
%
Asche
%
Fixed C
%
C
%
H
%
O
%
S
%
S
g/MJ *
N
%
N
g/MJ *
Cl
%
Cl
g/MJ *
Brennwert
Ho (J/g)
Hafer 77,31 6,28 16,40 46,76 5,62 39,63 0,17 0,09 1,23 0,66 0,48 0,26 18658 17556
S-Triticale 77,57 5,46 17,04 46,61 5,72 40,97 0,11 0,08 1,21 0,65 0,39 0,21 18598 17534
S-Roggen 78,66 4,41 16,93 48,04 5,60 40,77 0,12 0,06 1,31 0,67 0,30 0,15 19492 18228
W-Triticale 79,02 4,06 16,91 47,48 5,84 41,63 0,10 0,05 1,13 0,61 0,37 0,20 18614 17475
W-Roggen 79,53 3,92 16,55 48,70 5,70 40,59 0,10 0,06 0,90 0,48 0,47 0,28 18771 17598
W-Gerste 78,69 4,56 16,76 48,47 5,77 39,94 0,10 0,06 0,98 0,53 0,40 0,22 18479 17268
Mais 79,97 4,17 15,86 46,99 5,16 41,97 0,14 0,07 1,17 0,62 0,34 0,18 18996 17925
Hirse 77,80 6,62 15,61 46,38 5,64 38,58 0,12 0,06 1,10 0,57 0,46 0,24 19173 17942
Hanf 87,34 1,96 11,72 47,68 5,87 43,80 0,06 0,03 0,56 0,30 0,12 0,06 18490 17215
Kenaf 79,82 4,63 15,56 45,94 0,19 0,09 1,09 0,55 0,30 0,15 19519 18338
Raps ** 80,86 6,02 13,12 47,92 5,68 38,70 0,39 0,20 1,20 0,62 0,19 0,10 19087 17848
Sonnenblumen ** 79,23 7,04 13,74 44,55 4,91 38,87 0,12 0,07 1,17 0,65 0,21 0,12 18755 15415
Heizwert
Hu (J/g)
Malve *** 79,83 3,79 16,80 0,13 0,07 0,37 0,20

Tab. 15: Mittlere Brennstoffeigenschaften von Energiepflanzen an 5 Standorten (Korn)
1993-96 K o r n (Werte bezogen auf wasserfrei)
Flüchtige
%
Asche
%
Fixed C
%
C
%
H
%
O
%
S
%
S
g/MJ *
N
%
N
g/MJ *
Cl
%
Cl
g/MJ *
Brennwert
Ho (J/g)
Hafer 79,84 2,92 17,24 49,40 5,58 39,98 0,16 0,08 1,96 1,02

0,35
S g/MJ (wasserfrei)
Ganzpflanze
Korn
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Hafer
S-Triticale
S-Roggen
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
Mais
Sonnenblumen
Raps
Steinkohle Gött.
Abb. 22: Durchschnittlicher Schwefelgehalt von Energiepflanzen (Ganzpflanzen und Korn)
Schwefel
Die Schwefelgehalte der untersuchten Biomassen liegen im Vergleich zur Steinkohle insgesamt auf einem
deutlich niedrigerem Niveau (s. Abb. 22). Die Hölzer haben, von der Eiche abgesehen, eine etwa halb so
hohe Konzentration an Schwefel aufzuweisen wie die übrigen Biomassen. Eine Ausnahme unter den
einjährigen landwirtschaftlichen Kulturarten bildet der Hanf, der ähnliche Gehalte wie die Hölzer aufweist.
Die Streubreite der einzelnen Kulturen ist deutlich geringer als bei den vorliegenden Steinkohlechargen
(s. Anhang Abb. A 61). Der Gehalt an Schwefel in den Körnern entspricht weitgehend dem der
kornhaltigen Ganzpflanzen bzw. ist teilweise etwas niedriger. Daraus läßt sich ableiten, daß Korn und
Stroh weitgehend die gleichen Schwefelgehalte haben.
Von allen Biomassen hebt sich der Raps ab, der in den Ganzpflanzen sowie im Korn mit etwa 0,4 % bzw.
0,2 % wesentlich höhere Schwefelkonzentrationen in der Trockenmasse aufweist. Sie liegen etwa
zwischen denen der anderen landwirtschaftlichen Kulturarten und der Steinkohle. Bei allen Biomassen ist
der Schwefelgehalt aufgrund seiner niedrigen Konzentration hinsichtlich einer Begrenzung bei der Mitverbrennung
zu vernachlässigen. Er liegt an der unteren Meßgrenze der angewandten Bestimmungsmethode.
Chlor
Eine Schlüsselrolle unter den Inhaltsstoffen hat das Chlor für die technische Verbrennung. Es ist für die
Hochtemperaturchlorkorrosion verantwortlich, kann aber auch an der Dioxin- und Furanbildung beteiligt
sein und sollte deswegen in möglichst geringer Konzentration im Biobrennstoff vorliegen. Letztere stehen
im Verdacht, kanzerogen zu sein.
34

Die Chlorkonzentration - bezogen auf den für die Zufeuerung relevanten Brennwert - ist in der oberirdischen
Biomasse der untersuchten Energiepflanzen im Durchschnitt, bei großen Schwankungen zwischen
und innerhalb der Kulturen, höher als bei der Steinkohle (s. Abb. 23). Der höchste Wert von 0,84 g/MJ
wurde im Deutschen Weidelgras nachgewiesen. Dies ist möglicherweise auf die Tatsache zurückzuführen,
daß an dem Standort Binsdorf eine Straße direkt an der Grasparzelle vorbeiführt. Die Durchgangsstraße
wird im Winter mit Streusalz (Chloridsalz) freigehalten, wobei das Schmelzwasser größtenteils auf die
Parzelle abfließt. Dennoch scheinen Gräser generell höhere Chlorkonzentrationen als die übrigen Energiepflanzen
zu haben, da im Glatthafer aus Müllheim der zweithöchste Extremwert gemessen wurde. Die
untersuchten Hölzer einschließlich Pappel enthielten die geringsten Chloranteile mit weniger als 0,1 %
i. TM (Nachweisgrenze). Ähnlich niedrige Werte von kleiner 0,02 bis 0,17 % wurden im Hanf gefunden.
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Cl g/MJ (wasserfrei)
Höchst-/Tiefstwert Median Mittelwert
0,0
Hafer
S-Triticale
S-Roggen
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
Mais
Hirse
Hanf
Kenaf
Sonnenblumen *
Raps *
Glatthafer
Dt. Weidelgras
Miscanthus
Topinambur
Weiden
Pappel
Buche
Eiche
Fichte
Kiefer
Steinkohle Gött.
Abb. 23: Chlorgehalt von Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Er liegt damit im Bereich der Steinkohle. Beim Hanf wurde auch der Einfluß der Erntezeit auf den
Chlorgehalt deutlich. Die Gehalte beim zweiten Erntetermin im Februar bzw. März liegen an beiden
Standorten um das 6- bis 8-fache niedriger als im Oktober. Dies ist nach LEWANDOWSKY (1996) infolge
der Chlorauswaschung aus den Pflanzen durch die Niederschläge zu erwarten, die am Standort Binsdorf
(mit der 8-fachen Verringerung der Chlorkonzentration) höher sind als am Standort Müllheim.
Im Durchschnitt liegen die Chlorgehalte der Getreideganzpflanzen über denen der ‘Faserpflanzen’ bzw.
strohreichen Ölpflanzen. Auffallend sind die großen Schwankungen bei den einzelnen Kulturen. Sie sind
in den Unterschieden zwischen den Jahren und Standorten zu suchen (s. Anhang Tab. A 63). Am Standort
Binsdorf weisen im Durchschnitt der Jahre Sommerroggen, Wintertriticale und Winterroggen niedrigere
Gehalte auf als die in Müllheim angebauten Kulturen. Die Ursachen könnten die höheren und damit
Chloridauswaschung fördernden Niederschläge in Binsdorf sowie der dort in geringerem Umfang eingesetzte
Kalidünger sein (s. Anhang Tab. A 17 ff).
Die Chlorkonzentration in den untersuchten stärke- und ölhaltigen Körnern liegt im Durchschnitt deutlich
unter denen der Ganzpflanzen (s. Abb. 24). Am niedrigsten wurde sie beim Rapskorn mit 0,01 g/MJ
35

vorgefunden. Diese Konzentration liegt noch unter dem niedrigsten Wert, der bei Kohle mit 0,05 g/MJ
gemessen wurde. Eine ebenfalls geringe Konzentration wurde im Haferkorn mit unter 0,1 % festgestellt.
Die höchsten durchschnittlichen Gehalte im Korn wurden bei Wintertriticale, Winterroggen, Sommertriticale
und Mais gemessen. In den Körnern sind die Chlorgehalte i.d.R. geringer als in der Ganzpflanze
(vgl. Anhang Tab. A 63 und A 64). Die höheren Konzentrationen in den Ganzpflanzen sind also durch
die chlorreicheren Strohanteile zu begründen. Dagegen unterscheidet sich der auf den Brennwert bezogene
Chlorgehalt von Stroh bzw. Korn bei Sonnenblumen und Mais nicht bzw. nur geringfügig (vgl.
Tabellen 13 und 15).
Das Korn:Strohverhältnis hat bei Getreide möglicherweise einen Einfluß auf den Chlorgehalt der Ganzpflanzen.
Der Hafer weist die höchste Chlorkonzentration in der Ganzpflanze und die niedrigste aller
Getreidearten im Korn auf (s. Tab. 16). Bei dem Korn : Strohverhältnis von 1 : 0,9 ist zu vermuten, daß
das nicht analysierte Stroh wesentlich höhere Werte aufweist als z.B. Sommertriticale und Sommerroggen.
Sommertriticale hat bei etwa 2,5-mal höherem Strohanteil den gleichen Chlorgehalt in der Ganzpflanze,
obwohl sie mehr als doppelt so hohe Werte im Stroh aufweist. Vergleicht man Sommerroggen und
Wintergerste, kann vermutet werden, daß bei etwa gleicher Konzentration von Chlor im Korn (und
möglicherweise im Stroh) der 2,5-mal höhere Strohanteil beim Roggen den etwa doppelt so hohen Chlorgehalt
in der Ganzpflanze bewirkt.
0,30
Cl g/MJ (wasserfei)
Ganzpflanze
Korn
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Hafer
S-Triticale
S-Roggen
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
Mais
Sonnenblumen
Raps
Steinkohle Gött.
Abb. 24: Chlorkonzentration in Energiepflanzen (Ganzpflanzen bzw. Korn)
Zur Abschätzung des Einflusses der Kalidüngerform auf die Chlorkonzentration in Energiepflanzen
wurde 1995 ein Tastversuch (54m²-Parzellen ohne Wiederholung) mit Sommerroggen in Müllheim
durchgeführt. Der Roggen wurde mit Kaliumchlorid- sowie Kaliumsulfatdünger im späten Frühjahr
(27.4.1995) gedüngt (s. Tab.17).
36

Tab. 16: Einfluß des Korn:Strohverhältnisses auf den Chlorgehalt der Getreideganzpflanzen
(Median)
Einheit Hafer S-Triticale S-Roggen W-Triticale W-Roggen W-Gerste
Korn:Stroh 1: 0,9 2,4 2,5 1,5 1,6 1,0
(Erntegut)
Chlorgehalt
Korn % *

Anhand der Brennstoffanalysen ist zu erkennen, daß die Energiegräser im Vergleich zu den übrigen
untersuchten Biomassen die höheren Konzentrationen an unerwünschten Bestandteilen sowie die größeren
Streubreiten aufweisen. Der Schwefelgehalt aller untersuchter Biomassen ist wesentlich niedriger als
bei der Steinkohle.
Die Gehalte der Biomassen in den Abbildungen sind auf die Brennwerte (in MJ=Megajoule) bezogen, da
die Mitverbrennung auf der thermischen Leistung der Brennstoffe basiert. Die Konzentrationen dieser
Inhaltsstoffe bei den Biomassen sind dann wegen des niedrigeren Brennwertes höher als bei der Steinkohle.
Lignin- und Cellulosegehalte
Die untersuchten Biomassen unterscheiden sich in ihren Ligningehalten z.T. erheblich (s. Abb. 25). Die
Getreidearten und Mais sowie die Gräser weisen die niedrigsten Gehalte mit 10 bis 15 % auf. Allerdings
streuen die Gehalte bei derselben Kultur in verschiedenen Jahren erheblich, wie z.B. bei Wintertriticale in
Müllheim (s. Anhang Tab. A 73). Der Ligningehalt im Jahr 1994 betrug 20 %, im Jahr 1996 9 %. Der
höchste Wert bei Getreide wurde mit 22 % bei Winterroggen in Müllheim 1994 ermittelt. Da bei allen
Getreidearten der höchste Gehalt im Jahr 1994 auftrat, ist anzunehmen, daß die Witterung großen Einfluß
auf den Ligningehalt hat. Die übrigen Pflanzen wiesen Ligningehalte zwischen 15 und 28 % auf. Die
höchsten Durchschnittswerte wurden bei Miscanthus, Topinambur, Raps, Sonnenblumen und der Weide
gemessen.
90
% (atro)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Hafer
S-Triticale
S-Roggen
W-Triticale
W-Roggen
W-Gerste
Mais
Hirse
Hanf
Kenaf
Raps
Sonnenblumen
Glatthafer
Dt. Weidelgras
Miscanthus
Topinambur
Weiden
Pappel
Lignin Hemicellulose (Pentosan) Holocellulose Rohcellulose Reincellulose
Abb. 25: Lignin- und Cellulosegehalte von Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Als weitere chemische Bestandteile der oberirdischen Biomassen wurden die Cellulosegehalte untersucht.
Der festgestellte Cellulosegehalt (Holocellulose) war beim Hanf mit durchschnittlich 85 % am höchsten.
Dieser Wert liegt sogar über den in der Literatur angegebenen Werten von 60 bis 67 % (HESCH et al.
1996). Ebenfalls mit hohen Gehalten zwischen 65 und 80 % war Cellulose der Hauptbestandteil bei
Weide, Miscanthus, Topinambur, Raps und Sonnenblumen sowie dem Glatthafer. Die übrigen Pflanzen-
38

arten wiesen niedrigere Cellulosegehalte zwischen 34 und 65 % auf. Die Anteile an Rohcellulose betragen
in etwa die Hälfte der Werte der Cellulose. Von allen untersuchten Pflanzen hatte Hanf im Durchschnitt
den höchsten Gehalt an den Bestandteilen Cellulose, Roh- sowie auch Reincellulose.
Rohprotein- bzw. Stickstoffgehalte
Bei den landwirtschaftlichen Kulturen werden üblicherweise die Rohproteingehalte als Qualitätsmerkmal
für Nahrungs- bzw. Futtermittel festgestellt. Sie leiten sich direkt aus den untersuchten Stickstoffgehalten
ab. Sie dienen auch der Ermittlung der Stickstoffentzüge durch die Pflanzen pro Mengeneinheit und geben
Anhaltspunkte für eine bedarfsgerechte Stickstoffdüngung der Pflanzen.
Die bei der Untersuchung durch die LUFA festgestellten Sickstoffgehalte decken sich tendenziell mit
denen der Brennstoffanalysen durch das IVD, wie z.B. bei Miscanthus mit 0,4 % (s. Anhang Tab. A 74).
Häufig liegen sie aber leicht darüber, was möglicherweise auf die unterschiedlichen Untersuchungsmethoden
zurückzuführen ist. Die Höhe der Stickstoffkonzentration in der Kulturpflanze ist zum einen
abhängig von der Pflanzenart, zum anderen von dem Stickstoffangebot an die Pflanze, vornehmlich über
die Lieferung des Bodens und der Düngung.
In Tabelle 19 sind die durchschnittlichen Stickstoffentzüge einiger Energiepflanzen auf den untersuchten
Standorten zu erkennen. Der Einfluß des N-Angebots auf die Stickstoffkonzentration in der Pflanze wird
ebenfalls sichtbar.
Tab. 19: Stickstoffgehalte und -entzüge ausgewählter Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Kulturart Ertrag dt TM/ha N-Angebot kg N/ha N- N-Entzug *
Gehalt
Gebildet Geerntet N min Frühj.+Düngung % (i.TS) kg N/ha kg N/dt TM
Wintergerste 135,09 87,93 139 1,27 97 1,1
Wintertriticale 133,36 107,23 151 1,22 129 1,2
Winterroggen 129,62 85,39 100 1,11 85 1,0
Mais 151,50 104,83 150 1,33 147 1,4
Hanf 147,53 86,59 120 0,38 26 0,3
Miscanthus 128,96 93 0,37 65 0,5
Topinambur 114,03 61,05 77 0,45 18 0,3
Gras 77,75 50,74 83 1,40 46 0,9
* bezogen auf Großparzellenertrag
Die höchsten Entzugswerte bei Ganzpflanzen weisen Mais und Wintertriticale mit 1,4 bzw. 1,2 kg N pro
Dezitonne Trockenmasseertrag auf. Die Werte liegen zwischen dem von HARTMANN und STREHLER
(1995) angegebenen Wert für Winterweizen von 1,4 kg/dt TM und denen der LAP (1995) von 1,2 bzw.
1,1 kg N/dt TM bei Wintertriticale bzw. Wintergerste. Der Winterroggen liegt mit 1,0 kg N/dt TM
(Ganzpflanze) bei dem für die Düngungsberechnung zugrunde gelegten Entzugswert. Auch bei Mais
entspricht der gemessene Wert dem Literaturwert. Der Einfluß des Gesamtstickstoffangebots auf den N-
Gehalt der Pflanze und damit den Entzugswert ist in Anhang Tab. A 75 erkennbar. Der Zusammenhang
wird z.B. beim Wintertricale im Jahr 1996 deutlich, wo bei einer N-Versorgung von insgesamt 125 kg
N/ha in Müllheim ein N-Gehalt in der Ganzpflanze von 0,91 %, in Binsdorf bei 180 kg N/ha ein Gehalt
von 1,38 % analysiert wurde.
Der festgestellte N-Entzug der Gräser mit durchschnittlich 0,9 kg N/dt TM bei einer Schnittnutzung liegt
deutlich unter den Angaben der LAP mit 1,7 kg bei zwei Nutzungen. Der Entzug bei Miscanthus von
0,5 kg N/dt deckt sich mit den Angaben von HARTMANN und STREHLER (1995). Gleiche Werte wurden
bei Hanf und Topinambur ermittelt (s. Anhang Tab. A 75).
Die Konzentration des Stickstoffs in der Pflanze läßt sich über das N-Angebot beeinflußen. Sie ist aus
feuerungstechnischer Sicht - wie in Kapitel 5.2 noch ausführlich erläutert wird - kein ausschließlich
begrenzender Faktor für den Brennstoffeinsatz. Da der Stickstoff aus pflanzenbaulicher Sicht maßgeblich
die Höhe des Ertrags - Ganzpflanze und Korn - beeinflußt, sollte sich die Höhe der Stickstoffdüngung
nach dem pflanzenbaulich, ökologisch und ökonomisch sinnvollen Ertrag richten.
39

5.1.7 Kosten der Bereitstellung von Energieganzpflanzen
Der Einsatz von speziell angebauten Energiepflanzen wird neben der technischen Eignung stark von den
Preisen für die Bereitstellung bzw. dem Energieinhalt abhängen. Für die untersuchten und potentiell in
Frage kommenden Energiepflanzen wurden die notwendigen Kosten der Bereitstellung, d.h. dem Erzeugerpreis
für eine Dezitonne Trockenmasse auf der Basis von 500 DM/ha bzw. 1.000 DM/ha Deckungsbeitrag
beim Anbau auf Stillegungsflächen berechnet. Bei Bereitstellungskosten auf dem niedrigeren
Deckungsbeitragsniveau können sich die Landwirte statt der Stillegung auch für den Energiepflanzenanbau
entscheiden. Beim höheren Deckungsbeitrag kann der Anbau ggfs. auch mit Marktfrüchten konkurrieren.
Um den Landwirten einen Anreiz zum Anbau zu geben, müßte ein Deckungsbeitrag etwa im
Bereich der aufgezeigten Spanne zwischen 500 und 1.000 DM/ha zu erzielen sein.
Die betriebswirtschaftlichen Berechnungen wurden auf der Grundlage der im Forschungsvorhaben in
Müllheim praktizierten Anbauverfahren für drei Ertragsniveaus (Minimum und Median Großparzelle,
Maximum Ertragsschnitt bzw. Großparzelle) vorgenommen (s. Anhang Tab. A 76 u. 77). Die variablen
Kosten bewerten die Düngermenge nach den Entzügen und steigen somit mit dem Ertrag an (s. Anhang
Tab. A 78). Für den Transport zum Kraftwerk wurden hier 10 km Transportentfernung zum Kraftwerk
bei 20 km/h unterstellt (s. Anhang Tab. A 79). Die errechneten Kosten gelten deshalb nur für die unterstellten
Techniken sowie Annahmen und sind nicht ohne weiteres übertragbar. Sie stellen vor allem einen
Anhaltspunkt für einen Vergleich der Energiepflanzen untereinander dar. Bei den einjährigen Kulturen
weist die Wintertriticaleganzpflanze unter den Getreidearten bei einem mittleren Ertragsniveau die niedrigsten
Bereitstellungskosten zwischen knapp 12 und 16 DM je Dezitonne Trockenmasse auf (s. Abb. 28).
Dies liegt etwas unter den Angaben von HARTMANN und STREHLER (1995), die für Triticale Bereitstellungskosten
von 17 DM/dt (bei 85 % Trockensubstanz) frei Hof zuzüglich circa 13 DM/Tonne Transportkosten
angeben. Bei niedrigeren Erträgen steigen, bei höheren sinken die Kosten pro Dezitonne entsprechend.
Bei den übrigen Wintergetreidearten Gerste und Roggen liegen die Kosten etwas höher, mit
demselben Einfluß der Ertragshöhe. Insgesamt werden die Kosten stärker durch das Ertragsniveau als
durch die Getreideart beeinflußt. Folglich liegen die Kosten bei Sommertriticale bei einem mittleren
Niveau von etwa 60 dt TM/ha höher als bei Wintertriticale mit 108 dt TM/ha. Im Vergleich zu den o.g.
Arten sind die zwei C4-Getreidearten Mais und Hirse (Sorghum spec.) zu sehen, deren Mitverbrennung
im Vorhaben allerdings nicht weiter untersucht wurde. Beim Mais sind bei ähnlichen Ertragsverhältnissen
(aufgrund der sehr späten Ernte im Winter) wie bei Wintertriticale ungefähr dieselben Kosten für die
Bereitstellung der Biomasse zu veranschlagen. Dabei wurde eine Verwendung ohne weitere Trocknung
(bei Trockensubstanzgehalten von fast 70 %) unterstellt. Im Gegensatz zum Mais wäre die Hirse aufgrund
des hohen maximalen Ertrags trotz angenommener Trocknung ‘günstig’. Der Hanf, dessen aufbereitungstechnische
Eignung für eine Mitverbrennung allerdings noch nicht abschließend geklärt ist, stellt
im Vergleich zu den bereits beschriebenen einjährigen Arten eine kostengünstigere Biomasse dar. Das
liegt z.T. an den etwas niedrigeren variablen Kosten und dem (allerdings nur in einem Versuchsjahr
untersuchten und festgestellten) hohen Maximalertrag. Wird beim Hanf zugrundegelegt, daß er nach dem
derzeitigen Stand auch bei Zahlung der Faserprämie von 1.510 DM/ha als Biomasse genutzt werden
kann, liegen die Bereitstellungskosten bzw. der Erzeugerpreis beim Maximalertrag lediglich bei 5 bzw. 8
DM/dt Trockenmasse und damit niedriger als beim Anbau auf Stillegungsflächen mit 710 DM/ha Prämie
(s. Anhang Tab. A 76).
Bei den mehrjährigen Arten stellt das Gras die kostengünstigste Bereitstellungsform der Biomasseerzeugung
auf Stillegungsflächen dar (s. Abb. 29). Das liegt an den als niedrig ermittelten variablen Kosten, die
beim maximalen Ertrag von über 80 dt TM/ha aufgrund der höheren Erntekosten die Stillegungsprämie
allerdings übersteigen und dadurch die Bereitstellungskosten entgegen dem Verlauf bei den anderen einjährigen
Kulturen erhöhen. Sie liegen dennoch günstig zwischen etwa 10 und 16 DM/dt Trockenmasse.
Miscanthus schneidet trotz höherer Erträge wegen der wesentlich höheren variablen Kosten ungünstiger
ab. Bei einem mittleren festgestellten Ertragsniveau von 130 dt TM/ha liegen die Bereitstellungskosten
etwa zwischen 14 und 18 DM. Das entspricht ungefähr den Angaben von HARTMANN und STREHLER
(1995) von 19 DM/dt bei 15 % Wassergehalt (frei Hof). Bei der Nutzung des oberirdischen Topinamburs
fallen aufgrund der fehlenden Inanspruchnahme der Stillegungsprämie hohe Erzeugerpreise an, die einen
Anbau lediglich zur Nutzung als feste Biomasse nicht lohnend machen. Seine Verwendung als Festbrennstoff
wird sich auf solche Flächen beschränken, wo die Knolle genutzt wird und das Topinamburstroh als
Nebenprodukt anfällt. Der Anbau von Weiden in Kurzumtriebsplantagen auf Stillegungsflächen bedeutet
40

200
dt TM/ha
DM/dt TM
35
180
160
30
140
25
120
100
80
20
15
60
10
40
20
5
0
Wintergerste
Wintertriticale
Winterroggen
Sommertriticale
Mais
Hirse
Hanf
0
dt TM/ha DB II (1000 DM/ha) DB I (500 DM/ha)
Abb. 28: Bereitstellungskosten einjähriger Energiepflanzen bei unterschiedlichem Ertragsniveau
und Deckungsbeitrag (Anbau auf Stillegungsfläche)
bei einem mittleren Ertragsniveau von etwa 70 Dezitonnen Trockenmasse pro Hektar und Jahr Bereitstellungskosten
zwischen circa 15 und 22 DM/dt Trockenmasse. Sie liegen im Bereich der Angaben von
HARTMANN und STREHLER (1995) mit etwa 15 DM/dt (15 % Wassergehalt) frei Hof.
250
dt TM/ha
DM/dt TM
30
200
25
20
150
15
100
10
50
5
0
Gras
Miscanthus
Topinambur
Weiden
0
dt TM/ha DB II (1000 DM/ha) DB I (500 DM/ha)
Abb. 29: Bereitstellungskosten mehrjähriger Energiepflanzen
41

5.1.8 Energieträgerpreise
Die Energieträgerpreise ergeben sich als Folge der im vorhergehenden Kapitel festgestellten Bereitstellungskosten
resp. Erzeugerpreise und des (bei den einzelnen Biomassen praktisch identischen) Heizwertes.
Die Spanne bezieht sich ebenfalls auf die beiden Deckungsbeiträge von 500 und 1.000 DM/ha.
Die Energiepflanzen müssen sich hinsichtlich ihrer Energieträgerpreise an der zu ersetzenden Steinkohle
messen. Bei der inländischen Steinkohle (Göttelborn) kostet die Bereitstellung einer Kilowattstunde - also
ohne Berücksichtigung der technischen Energieausnutzung - 3,7 Pfennig. Die untersuchten Biomassen
liegen mit ihren Energieträgerpreisen bei der Deckungsbeitragsschwelle von 500 DM/ha alle - mit Ausnahme
des nicht von der Stillegungsprämie profitierenden Topinamburs - unter dem der heimischen
Steinkohle (s. Tab. 20). Beim höheren Deckungsbeitrag und dem minimalen Ertragsniveau sind alle Biomassen
teurer als die deutsche Steinkohle. Für eine zukünftige Preisfindung bei Energiepflanzen als Festbrennstoff
bedeutet dies, daß sie bei entsprechender Ertragslage größtenteils zu einem Preis angeboten
werden könnten, der im Bereich der heimische Steinkohle liegt und den Landwirten vom Deckungsbeitrag
einen Anreiz zum Energiepflanzenanbau anstelle einer Stillegung von Flächen geben würde.
Beim Einsatz von Importkohle, die etwa zu einem Drittel des Preises für deutsche Steinkohle angeboten
wird und bei 1,2 Pfennig pro Kilowattstunde (frei Kraftwerk) liegt, sind die Energiepflanzen nur in Einzelfällen
beim niedrigsten Deckungsbeitrag und hohen Erträgen annähernd wettbewerbsfähig.
Tab. 20: Energieträgerpreise ausgewählter Energiepflanzen bei unterschiedlichem Ertragsniveau
(auf Stillegungsfläche; frei Kraftwerk; DB I = 500 DM/ha; DB II = 1.000 DM/ha)
Ertrag Bereitstellungskosten (DM/dt TM) Energieträgerpreise (Pf/kWh)
dt TM/ha DB DB II DB I DB II
Wintertriticale 54 15,52 24,78 3,2 5,1
108 11,45 16,08 2,4 3,3
152 10,30 13,59 2,1 2,8
Wintergerste 72 12,82 19,76 2,7 4,1
76 12,53 19,11 2,6 4,0
138 10,27 13,89 2,1 2,9
Winterroggen 71 12,45 19,49 2,5 4,0
84 11,81 17,76 2,4 3,6
156 10,47 13,68 2,1 2,8
Sommertriticale 29 17,59 34,83 3,6 7,1
60 13,93 22,27 2,9 4,6
128 8,43 12,34 1,7 2,5
Mais 84 14,06 20,01 2,8 4,0
108 12,07 16,70 2,4 3,4
152 10,95 14,24 2,2 2,9
Hirse 68 14,97 22,32 3,0 4,5
76 14,30 20,88 2,9 4,2
190 10,87 13,51 2,2 2,7
Hanf 70 10,54 17,69 2,2 3,7
74 10,50 17,26 2,2 3,6
176 9,16 12,01 1,9 2,5
Gras 33 10,64 25,79 2,2 5,4
54 10,28 19,54 2,2 4,1
86 10,05 15,86 2,1 3,3
Miscanthus 90 16,21 21,77 3,2 4,3
130 14,21 18,05 2,8 3,6
223 12,33 14,57 2,5 2,9
Topinambur 57 20,32 29,09 4,2 6,0
66 18,12 25,70 3,8 5,3
100 13,42 18,42 2,8 3,8
Weiden 51 17,35 27,16 3,4 5,3
69 14,86 22,10 2,9 4,3
163 13,60 16,67 2,6 3,2
42

5.2 Versuche zur Mitverbrennung von Biomasse in einer Kohlestaubfeuerung
5.2.1 Aufbereitung der Biomasse
Die Versuchsbrennstoffe müssen aufgemahlen werden, um in der Kohlenstaubverbrennungsanlage
(KSVA) verfeuert werden zu können. Von der Mahlfeinheit hängt der spätere Ausbrand ab, der wiederum
die CO-Emissionen beeinflußt. Die Biomassen werden mit einer Schneidmühle zwischen rotierenden
Messern solange zerkleinert, bis sie durch ein eingelegtes Sieb fallen. Durch die Siebmaschenweite kann
die Korngröße beeinflußt werden.
450
Energiebedarf kWh/t
400
350
300
250
200
150
100
50
Stroh Schneidmühle 10 % Feuchte
Stroh Schneidmühle 20 % Feuchte
Stroh Schneidmühle 30 % Feuchte
Misc. Schneidmühle 10 % Feuchte
Stroh Hammermühle 10 % Feuchte
Holz Hammermühle 10 % Feuchte
0
0 2 4 6 8
Siebdurchmesser in mm
Abb. 28: Energiebedarf bei der Mahlung
Die Korngröße ist in erster Linie dafür verantwortlich, wie vollständig ein Brennstoff in einer vorgegebenen
Verweilzeit in der heißen Verbrennungszone der Staubfeuerung ausbrennt. Je feiner der Brennstoff
aufgemahlen ist, desto schneller kann er mit der vorhandenen Verbrennungsluft reagieren und umso
besser wird sein Ausbrand sein. Die feine Aufmahlung bedeutet jedoch einen größeren Energieverbrauch
bei der Zerkleinerung und einen größeren Mühlenverschleiß. In Abbildung 28 ist der Energiebedarf für
die Zerkleinerung einiger Biomassen mit der Schneidmühle und mit der Hammermühle über der Maschenweite
des in den Mahlraum eingelegten Einlegesiebes dargestellt. Der Energiebedarf zur Mahlung
der Biomassen bewegt sich für die interessanten Feinheiten zwischen 20 und 50 kWh je Tonne Brennstoff.
Erst wenn feiner als 1,5 mm aufgemahlen wird, steigt die Mahlenergie stark an. Vergleicht man die
Schneidmühle mit der Hammermühle, so ist für die Hammermühle ein etwas geringerer Mahlenergieaufwand
zu erkennen. Um einen möglichst geringen energetischen Aufwand bei der Brennstoffaufbereitung
zu haben, aber auch um den Mühlenverschleiß zu minimieren, soll der Brennstoff nur so fein wie unbedingt
nötig aufgemahlen werden, damit noch ein guter Ausbrand gewährleistet ist.
Da es sich bei der Versuchsanlage um eine stehende Brennkammer mit Deckenbrenner handelt, wird
erwartet, daß die Anforderungen an die Mahlfeinheit der Biomassen größer sind als bei den Staubfeuerungen
der Kohlekraftwerke, bei denen der Brennstoff üblicherweise waagerecht eingeblasen wird. Bei der
Eindüsung des Brennstoffes über den Deckenbrenner können große Teilchen schnell durch die heiße
Verbrennungszone fallen und somit nur unvollständig ausbrennen. Bei waagerechter Eindüsung des
43

Brennstoffes und einem nach oben gerichteten Rauchgasweg strömt das Rauchgas der Sinkgeschwindigkeit
der Teilchen entgegen und kann diese in Schwebe halten. Dadurch kann die Verweilzeit größerer
Teilchen etwas verlängert werden.
Die wichtigste Charakterisierung des Mahlgutes ist die Korngrößenverteilung. Die einfachste und am
häufigsten durchgeführte Korngrößenmessung ist die Siebanalyse mit Prüfsieben. Dabei werden Siebe mit
aufsteigender Maschenweite auf eine Siebmaschine gespannt. Auf dem obersten Sieb wird die Probe aufgebracht.
Nach dem Siebvorgang werden die Rückstände auf den einzelnen Sieben durch Wiegen ermittelt
und in Massenprozente umgerechnet. Man erhält so bei n Siebböden n+1 Korngrößenklassen sowie
deren prozentualen Anteil an der Gesamtmasse. Mit diesen Daten läßt sich ein Stufendiagramm zeichnen,
in dem die relative Häufigkeit über der jeweiligen Korngröße aufgetragen ist (s. Abb.29). Bei mehr als 10
Stufen ist der Übergang von einem Stufendiagramm zu einer stetigen Kurve berechtigt, da dann die
Fehler, die durch diesen Übergang entstehen, vergleichsweise gering sind.
Diese Häufigkeitsverteilung beschreibt zwar die Korngrößenverteilung recht anschaulich, läßt jedoch
nicht jede Fragestellung direkt beantworten. Für viele verfahrenstechnische Prozesse, unter anderem auch
in dieser Arbeit, sind Angaben darüber notwendig, wieviel Massenprozente größer beziehungsweise kleiner
als eine bestimmte Korngröße sind. Die Häufigkeitsverteilung liefert diese Information durch die
entsprechenden Flächen unter der Kurve. Geeigneter zur Beantwortung dieser Frage ist jedoch eine
Kennungslinie, aus der der prozentuale Massenanteil jedes Kornbereiches direkt abzulesen ist. Dies führt
zur Rückstands- und Durchgangssummenkurve.
rel. Häufigkeit [%]
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Klasse
Korngröße d [µm]
Abb. 29: Korngrößenverteilung zur Charakterisierung von Mahlgut
Im Gegensatz zur Häufigkeitskurve werden nicht die relativen Häufigkeiten in den einzelnen Klassen
aufgetragen, sondern die Summen der relativen Klassenmassen. Beginnt man die Aufsummierung von
d max aus, so ergibt sich die Rückstandssummenkurve R(d), führt man die Aufsummierung von d min ausgehend
durch, erhält man die Durchgangssummenkurve. Da in der Verfahrenstechnik üblicherweise die
Rückstandssummenkurve verwandt wird, soll auch hier die Durchgangssummenkurve unberücksichtigt
bleiben. Aus dieser Rückstandskurve läßt sich dann die Mediankorngröße d 50 ermitteln. Es handelt sich
hierbei um die Korngröße, bei der 50 % der analysierten Teilchen größer bzw. kleiner sind.
Grundsätzlich stellt die Ermittlung der Korngrößenverteilung durch Siebung bei Biomassen eine starke
Vereinfachung dar, da sie strenggenommen nur für sphärische Partikel gilt. Bei Biomassen liegen die Partikel
jedoch eher stäbchenförmig oder länglich vor. Bei einer Siebanalyse kann ein Teilchen also einmal
der Länge nach durch die Siebmasche fallen oder auch im Sieb liegenbleiben. Der Vergleich von holz- mit
strohartigen Biomassen ist besonders für die gröberen Aufmahlungen kritisch, da die Strohteilchen dann
44

zwar länger werden, der Durchmesser jedoch weiterhin klein bleibt. Die Holzspäne werden dagegen eher
sphärisch.
Je nach Siebdauer erhält man unterschiedliche Ergebnisse, da die Wahrscheinlichkeit, daß ein Teilchen mit
seinem kleineren Durchmesser durch das Sieb fällt, mit der Siebdauer ansteigt. Nach sehr langer Siebzeit
erhält man also einen Mediankorndurchmesser, der zu klein ausfällt. Desweiteren kann durch die
mechanische Beanspruchung während des Siebens eine Zerkleinerung des Gutes stattfinden. Diese Zersiebung
nimmt mit steigender Siebdauer zu und führt ebenfalls zu einer Fehlbeurteilung der Korngrößenverteilung.
Die Siebzeit muß also so festgelegt werden, daß die Auftrennung der Kornklassen vollständig
ist, eine Zersiebung jedoch vermieden wird. In DIN 66165 wird z.B. vorgeschlagen, die Siebung zu beenden,
wenn die Masse des Siebdurchgangs pro Minute weniger als 0,1 % der Masse des Aufgabegutes
beträgt.
Mittels einiger Probesiebungen wurde die Siebdauer auf 10 Minuten festgelegt. Siebt man alle Proben
gleich lang, erhält man Zahlenwerte die sich gut untereinander vergleichen lassen und qualitative Aussagen
über die Zerkleinerung möglich machen.
In der Tabelle 21 ist das Ergebnis zweier Siebdurchgänge aufgezeigt. Hierzu wurden von demselben
Mahlgut (Winterroggen) zwei Proben gezogen und jeweils 10 Minuten gesiebt. Es zeigt sich, daß die
Ergebnisse tatsächlich nur geringfügig differieren (+/- 5 %) und somit ein Vergleich untereinander zulässig
ist.
Für den Vergleich von gleichartigen Biomassen, also jeweils holzartige oder strohartige untereinander, die
dazu noch mit derselben Mühle aufbereitet wurden, ist diese Kenngröße als Anhaltswert somit ausreichend.
Beim Energiegras wurden drei Aufmahlungen durchgeführt. Bei der gröbsten Aufmahlung waren alle
Teile kleiner als 6 mm, bei der mittleren kleiner als 4 mm und bei der feinsten Aufmahlung kleiner als 1,5
mm.
Tab. 21: Korngrößenverteilung bei zwei Siebdurchgängen (Winterroggenganzpflanze)
Siebmaschenweite
[mm]
Rückstand
1. Siebung [%]
Rückstand
2.Siebung [%]
Differenz
absolut
0 100 100,02 0.02
50 95,7 97,09 2,61
75 93,51 94,72 1.21
90 92,13 92,90 0,77
120 89,84 90,58 0.74
200 82,09 83,48 1,39
300 75,89 75,43 -0.46
400 67,54 67,72 0.18
500 60,95 61,75 0.80
600 56,99 57,18 0,19
800 40,09 39,24 -0.85
1000 35,49 31,59 -3.90
1400 2.53 4,07 1.54
2000 0.24 0,68 0.44
3150 0.12 0 -0.12
4000 0 0 0
In Abbildung 30 sind die Rückstandssummenverteilungen der gemahlenen strohartigen Brennstoffe aufgetragen.
45

R.ORG
Rückstandssumme [%]
100
80
60
40
20
W.Triti1.5
HaferGP1.5
Roggen1.5
Raps1.5
EG1.5
EG4
EG6
Mais 2,5
Hafer 2,5
0
100 1000
Maschenweite [µm]
Abb. 30: Korngrößenverteilung der gemahlenen Ganzpflanzen
Die mittlere Korngröße (d 50), definiert bei 50 % Rückstand, liegt bei den kleiner 1,5 mm aufgemahlenen
Biomassen zwischen 400 und 500 µm. Die Triticale stellt hier einen Sonderfall dar, da sie zunächst mit
einem 4 mm Sieb und anschließend nochmals mit einem 1,5 mm Einlegesieb gemahlen wurde. Dies ergab
eine deutlich feinere Körnung. Die kleiner 4 mm bzw. 6 mm aufgemahlenen Energiegräser weisen eine
mittlere Korngröße von 750 bzw. 1300 µm auf.
Die Getreideganzpflanzen wurden alle auf die feinste Aufmahlung (alle Teilchen kleiner 1,5 mm) gemahlen.
Dies ist mit der Inhomogenität des "Stroh-Korn-Gemisches" hinsichtlich der spezifischen und damit
auch Energiedichte der Fraktionen Stroh und Korn zu begründen. Die Körner weisen durch ihre höhere
gewichtsspezifische Dichte einen wesentlich höheren volumenbezogenen Energiegehalt als das Stroh auf.
Für den Zündvorgang und die Verbrennung in einer Staubfeuerung ist die Oberfläche und der Energiegehalt
eines Teilchens maßgeblich. Daher müssen die Getreidekörner wesentlich feiner aufgemahlen
werden als das Stroh. Für reines Stroh ist eine Mahlung kleiner 4 mm ausreichend.
Die Korngrößenverteilung der hölzernen, hinsichtlich Energiedichte homogenen Brennstoffe sind in Abbildung
31 dargestellt. Um die notwendige Mahlfeinheit der Holzbrennstoffe für die Verbrennung an der
Versuchsanlage ermitteln zu können, wurde Buchenholz auf drei verschiedene Korngrößen aufgemahlen.
Bei der groben Aufmahlung waren alle Teilchen kleiner 6 mm, bei der mittleren kleiner 4 mm und bei der
feinen kleiner 2 mm. Diese Fraktionen wurden mit unterschiedlichen thermischen Anteilen zusammen
mit Kohle verbrannt, um über den Ausbrand die zulässige Höchstkorngröße zu ermitteln. Die mittleren
Korngrößen der aufgemahlenen Brennstoffe sind in Tabelle 22 zusammengefaßt.
46

100
KGVHOLZ.ORG
Rückstandssumme [%]
80
60
40
20
Buche2
Buche4
Buche6
Weide2.5
Pappel2.5
Eiche1.5
FiRe1.5
0
100 1000
Partikelgröße in µm
Abb. 31: Korngrößenverteilung der aufgemahlenen Holzbrennstoffe
Tab. 22: Mittlere Korngröße der Biomassebrennstoffe
Brennstoff Aufmahlung mittlere Korngröße d 50
Energiegras 1,5 mm SM 530
4 mm SM 750
6 mm SM 1300
Stroh 4 mm HM 770
Stroh 1,5 mm SM 570
2,5 mm SM 650
4 mm SM 800
Haferganzpflanze 1,5 mm SM 400
2,5 mm SM 400
Roggenganzpflanze 1,5 mm SM 500
1,5 mm HM 340
4 mm HM 680
Rapsganzpflanze 1,5 mm SM 400
Körnermaisganzpflanze 2,5 mm SM 600
Triticaleganzpflanze 4 + 1,5 mm SM 110
Buche 2,5 mm SM 780
4 mm SM 1200
6 mm SM 1250
Weide 2,5 mm SM 500
Pappel 2,5 mm SM 410
Eiche 1,5 mm SM 360
Fichtenreisig 1,5 mm SM 280
SM = Schneidmühle; HM = Hammermühle
47

5.2.1.1 Verbrennungsverhalten unterschiedlich aufgemahlener Biomassen
Grundsätzlich sind für die Zündwilligkeit von Brennstoffen bei vorhandener ausreichender Aktivierungsenergie
die drei Parameter Flüchtigengehalt, Wassergehalt und Korngröße, mit der die spezifische Oberfläche
korreliert, verantwortlich.
Nach Erreichen der Entgasungstemperatur entweichen aus dem Brennstoff die flüchtigen Bestandteile.
Die Aufheizzeit ist hierbei vom Wassergehalt, insbesondere aber von der Korngröße der Teilchen abhängig.
Beim Eintritt der Teilchen in die Brennkammer werden diese hauptsächlich durch Wärmestrahlung
erhitzt. Je kleiner die Korngröße ist, desto größer ist die spezifische Oberfläche, auf die die Strahlung
wirken kann und umso mehr Wärmeleistung wird auf die Brennstoffmasse übertragen. Bei Erreichen von
100 °C Oberflächentemperatur beginnt dort die Trocknung. Die Trocknungsfront wandert dann von
außen nach innen. Während die Biomasse innen noch trocknet, beginnt an der Oberfläche die Entgasung.
Bei Biomassen beginnt die Entgasung bei etwa 200 °C, bei Steinkohle dagegen erst bei circa 450 °C.
Die ausgetriebenen Flüchtigen eines Brennstoffes reagieren mit dem zur Verfügung stehenden Sauerstoff
in einer homogenen Gasreaktion. Dazu kann das gesamte, durch die Reaktionspartner eingenommene
Volumen (im Gegensatz zur heterogenen Reaktion) genutzt werden. Diese Teilreaktion ist weitgehend
unabhängig von der Vermischung der Brennstoffteilchen im Feuerraum.
Nach der Freisetzung der Flüchtigen bleibt der Anteil an festem Kohlenstoff (Fixed C) zurück. Dieser
reagiert bei der Verbrennung in heterogenen Gas-Feststoff-Reaktionen. D.h. am festen Reaktionspartner
ist so lange Stoff zu- bzw. abzuführen, bis die ganze feste Masse reagiert hat. Diese Reaktionen sind somit
abhängig vom Stofftransport des Sauerstoffes zum Teilchen und der Verbrennungsprodukte vom
Teilchen weg. Dieser Transport erfolgt zunächst durch die laminare Strömungsgrenzschicht, die das Korn
umgibt, und weiter in das poröse Teilchen. Dieser Vorgang wird durch Grenzschicht- und Porendiffusion
überlappt. Der Vorgang ist auch von der Größe der vorhandenen Oberfläche und von der Reaktionsgeschwindigkeit
an der Feststoffoberfläche abhängig. Alle diese Mechanismen sind temperaturabhängig, und
der langsamste dieser Teilschritte bestimmt die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit. Für Temperaturen
unterhalb von 700 °C ist die Reaktionsgeschwindigkeit am Teilchen geschwindigkeitsbestimmend. Bei
hohen Temperaturen (> 900 °C) sind die Diffusionsvorgänge zum und im Teilchen begrenzend. Bei der
untersuchten Staubfeuerung werden in der Hauptverbrennungszone in Abhängigkeit vom Brennstoff
Temperaturen in der Größenordnung von 1200 - 1300 °C erreicht. Die Rauchgase werden bis zum Ende
der Brennkammer auf 650 - 700 °C abgekühlt. Findet die Verbrennung des festen Kohlenstoffes im
oberen Teil der Brennkammer statt, sind die Stofftransportvorgänge geschwindigkeitsbestimmend. Größere
Teilchen können jedoch auch nicht vollständig ausgebrannt die heiße Hauptreaktionszone verlassen.
Bei diesen Teilchen kann dann der Übergang zur reaktionsgeschwindigkeitbestimmten Reaktion stattfinden.
Reine Biomasseverbrennung
Um das unterschiedliche Verbrennungsverhalten von Biomassen verschiedener Feinheiten untersuchen
zu können, wurde eine reine Biomasseflamme mit Eichenholz (1,5 mm Aufmahlung) und eine Weidenflamme
(2,5 mm Aufmahlung) im Flammenraum vermessen. Es wurden die Gaskonzentrationen von O 2,
CO, NO und CO 2 über die Feuerraumhöhe und über den Radius ermittelt. Das Sauerstoffprofil der
beiden Flammen ist in Abbildung 32 gegenübergestellt. Zur Veranschaulichung wurden die reinen Meßwerte
zusätzlich durch Interpolation in einem Farbkontur-Diagramm dargestellt. Hohe
Sauerstoffkonzentrationen sind dabei durch dunkle Felder gekennzeichnet, niedrige O 2-Konzentrationen
durch helle Felder. Die linke Seite der Darstellung, entsprechend einer Hälfte der Brennkammer, ist
jeweils die Eichenflamme; die rechte Seite die Weidenflamme. Beim Vergleich beider Flammen ist zu
erkennen, daß die feiner aufgemahlene Eiche schneller zündet und durch den Verbrennungsvorgang den
ihr zur Verfügung stehenden Sauerstoff schneller aufbraucht. Das Sauerstoffgefälle in axialer und radialer
Strömungsrichtung ist sehr gut an den eng liegenden Iso-Linien zu sehen. Das sauerstoffreiche Feld in
unmittelbarer Brennernähe ist bei der Weidenflamme deutlich größer. Dies deutet darauf hin, daß nur ein
Teil des Brennstoffes gezündet hat und der Rest erst in brennerferneren Gebieten brennt und Sauerstoff
verbraucht. Dies ist auch an den weit auseinanderliegenden Iso-Linien erkennbar.
48

In Abbildung 33 sind die CO-Konzentrationen in verschiedenen Abständen zum Brenner dargestellt. Das
CO wird neben anderen Kohlenwasserstoffen bei der Entgasung des Brennstoffes freigesetzt und reagiert
mit dem in der Verbrennungsluft enthaltenen Luftsauerstoff weiter zu CO 2. Um den Verdünnungseffekt
durch die bei beiden Flammen in unterschiedlichen Mengen vorhandene Verbrennungsluft auszuschließen,
wurden die gemessenen Werte anhand der Formel [1] auf 0 % Bezugssauerstoff umgerechnet. Dadurch
wird die Vergleichbarkeit der Eichen- und Weidenflamme gewährleistet.
C bez = C mess x (21 - O bez) / (21 - O mess) [1]
C bez = bezogene Messwertkonzentration
C mess = gemessene Konzentration
O bez = Bezugssauerstoffgehalt (hier 0)
O mess = gemessene Sauerstoffkonzentration
Vergleicht man die Höhe der auftretenden CO-Konzentrationen zwischen den Ebenen, muß beachtet
werden, daß in den ersten beiden Ebenen die Skalierung von 0 - 4 % geht, bei den darunter liegenden
Ebenen 0 - 2,5 %. Es ist zu erkennen, daß bei dem feiner aufgemahlenen Brennstoff Eichenholz schon in
Brennernähe mehr CO freigesetzt wird. Ein CO-Peak läuft mit zunehmendem Brennerabstand von innen
nach außen. Entlang dieser Linie sind auch stark abnehmende Sauerstoffkonzentrationen (s. Abb. 32) zu
verzeichnen. Im Vergleich hierzu sind bei der Weide die Konzentrationen an CO weitaus geringer. Ein
O2 [%] O2 [%]
180
20
15
10
Eiche 1,5mm
5
5
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
20
15
10
330
480
630
Weide 2,5 mm
5
5
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
20
15
10
5
0 5
0
250 0 50 100 150 200 250 200 150 100 50
20
15
10
20
15
10
20
15
10
20
15
10
20
15
10
Entfernung zum Brenner (mm)
0
500
1000
1500
Sauerstoffprofil
Eiche 1,5 SM
Sauerstoffprofil
Weide 2,5 SM
0
500
1000
1500
% O 2
17.0 -- 18.0
16.0 -- 17.0
15.0 -- 16.0
14.0 -- 15.0
13.0 -- 14.0
12.0 -- 13.0
11.0 -- 12.0
10.0 -- 11.0
9.00 -- 10.0
8.00 -- 9.00
7.00 -- 8.00
6.00 -- 7.00
5.00 -- 6.00
4.00 -- 5.00
3.00 -- 4.00
2.00 -- 3.00
1.00 -- 2.00
0 -- 1.00
5
5
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
20
15
990
20
15
2000
2000
10
10
5
5
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
Radius [mm]
Abstand vom
Brenner [mm]
Radius [mm]
2500
2500
300 200 100 0 100 200 300
Radius (mm) Radius (mm)
Abb. 32: Sauerstoffprofile der fein und grob gemahlenen Biomassen im Vergleich
schwach ausgeprägtes Maximum läuft auch hier von innen nach außen, erreicht aber, verglichen mit der
Eichenflamme erst in der doppelten Entfernung den Wandbereich. Ursache für die nach außen gerichtete
Strömung ist die verdrallt zugegebene Sekundärluft. Die Drallzahl, die strenggenommen das Verhältniss
des axialen zum radialen Impuls der Strömung darstellt, war bei diesen Flammen auf 0,5 eingestellt. Dies
49

entspricht einer etwa gleich großen axialen wie radialen Gasgeschwindigkeitskomponente. Die rotierende
Strömung erfährt Zentrifugalkräfte, die sie nach außen zieht. Die in die Brennkammer geblasenen
Brennstoffteilchen werden von der Strömung in ihrer Bewegung beeinflußt und mitgerissen. Der feiner
aufgemahlene Eichenstaub folgt schneller der Strömung und wird schneller zur Wand gezogen als die
gröberen Weidenteilchen. Der Kegel der Entgasung und CO-Freisetzung ist deshalb bei dem gröberen
Brennstoff schmaler und mit kleinerem Öffnungswinkel. Er erreicht somit erst in größerer Brennerentfernung
den Wandbereich.
Da bei der Weidenflamme aufgrund der gröberen Körnung zusätzlich die Entgasung und Zündung langsamer
eintritt, wird CO über einen längeren Zeitraum, entsprechend einem größeren Raum in der Brennkammer,
freigesetzt. Zum einen werden durch die Verteilung nur eine geringere CO-Konzentration
erreicht, zum anderen ist in diesem Bereich auch mehr Sauerstoff vorhanden, der das CO zu CO 2 aufoxidiert.
In Abbildung 34 sind die Stickoxidprofile der beiden Flammen gegenübergestellt. Um Verdünnungseffekte
auszuschließen sowie die Vergleichbarkeit zu gewährleisten, wurden auch hier die NO x- Meßwerte
mit dem korrespondierenden Sauerstoffmeßwert nach Formel [1] auf 0 % O 2 umgerechnet. Es ist zu
erkennen, daß bei der Weidenflamme auch schon in Brennernähe viel mehr NO x gebildet wird als bei der
Eiche. Der Unterschied bleibt dann auch bis zum Brennkammerende erhalten, obwohl bei beiden Flammen
von der untersten dargestellten Rauchgasprofilmessung bis zum Ende der Brennkammer die
Stickoxidkonzentration noch um 300 ppm abgebaut wird. Die Endkonzentration betrug bei der Eichenflamme
knapp 200 ppm, bei der Weide etwas über 400 ppm (jeweils auf 0 % Restsauerstoff bezogen). Der
Grund für die höheren Stickoxidkonzentrationen sind in dem fast 4-fach höheren Brennstoffstickstoffgehalt
der Weide mit 0,39 g N/MJ gegenüber 0,1 g N/MJ der Eiche zu finden. Desweiteren wird bei
der Eichenflamme vermehrt CO freigesetzt und es treten lokal sauerstoffärmere Zonen auf als bei der
Weide. In Brennernähe, wo die CO-Werte hoch sind, werden nur geringe NO x-Konzentrationen gemessen.
Das CO reagiert dort mit NO x zu CO 2 und N 2.
5.2.1.2 Einfluß der Korngröße bei der Mitverbrennung von Biomasse mit Steinkohle
Um den Einfluß der Biomasseaufmahlung auf das Verbrennungs- und Zündverhalten von Kohle-
Biomasse-Mischflammen zu untersuchen, wurde eine reine Kohleflamme, eine Kohleflamme mit Beimischung
von 25 % (thermisch) Stroh (4 mm mit einer mittleren Korngröße von 800 µm) und eine Flamme
mit 25 % (thermisch) Fichtenreisig (1,5 mm mit einer mittleren Korngröße von 280 µm) im Feuerraum
vermessen. Die Sauerstoffprofile sind in Abbildung 35 dargestellt.
Vergleicht man die reine Kohleflamme mit der Kohle-Strohflamme, erkennt man einen langsameren
Sauerstoffabbau im Brennernahbereich bei der Mitverbrennung des groben Strohs. Dies deutet darauf
hin, daß der Strohanteil erst später zündet und Sauerstoff verbraucht. Beim weiteren Verlauf in der
Brennkammer wird der Sauerstoff bei der Mischflamme jedoch zügig abgebaut und liegt ab etwa 0,5 m
Brennerentfernung (4. Ebene von oben) etwas unter dem Sauerstoffgehalt der Kohleflamme. Betrachtet
man die Mischflamme mit dem fein aufgemahlenen Fichtenreisig, weist diese schon in der ersten Meßebene
geringe Sauerstoffgehalte auf, die in 0,5 m Brennerentfernung schon auf etwa 4 % abgebaut sind.
Daran ist eine schnelle Zündung und eine heftige Reaktion des Brennstoffes mit dem Sauerstoff zu
erkennen. Da beide Biomassen die gleichen Wassergehalte aufweisen, ist die schnellere Zündung vor
allem der kleineren Korngröße des Fichtenreisig zuzuschreiben.
Insgesamt kann die reine Kohleflamme in ihrer Zündschnelligkeit und "Reaktionsge-schwindigkeit"
zwischen den Mischflammen mit der groben und der feinen Aufmahlung ein-geordnet werden. Betrachtet
man die CO-Freisetzung im Feuerraum bei der Biomasse-Mitverbrennung im Vergleich zur reinen
Kohleflamme, fällt auf, daß bei letzterer die höchsten CO-Konzentrationen zu messen sind (s. Abb. 36).
Besonders in der inneren Rezirkulationszone, wo auch kein Sauerstoff vorhanden ist, tritt ein CO-Peak
auf. Die CO-Konzentration nimmt mit zunehmender Brennerentfernung langsam ab. Bei der
Mitverbrennung des groben Strohs kann auch in Brennernähe so gut wie kein CO gemessen werden. Bei
50

4
3
Eiche 1,5 mm
180
Weide 2,5 mm
4
3
CO (in % auf 0% O 2
gerechnet)
2
2
1
1
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
4
3
2
330
1
1
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
2,5
2,0
480
4
3
2
2,5
2,0
CO (in % auf 0% O 2
gerechnet)
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
0,0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
630
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
990
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0,0
Radius [mm]
Abstand vom
Brenner [mm]
Radius [mm]
Abb. 33: CO-Konzentrationen in der Verbrennungszone (links bei der fein aufgemahlenen Biomasse,
rechts gröber aufgemahlen)
51

800
600
400
Eiche
180
Weide
800
600
400
NO x
(ppm auf 0% O 2
gerechnet)
200
200
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
800
600
400
330
200
200
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
800
600
480
800
600
400
800
600
NO x
(ppm auf 0% O 2
gerechnet)
400
400
200
200
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
800
600
400
630
800
600
400
200
200
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
800
990
800
600
400
600
400
200
200
0
250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0
Radius [mm]
Abstand vom
Brenner [mm]
Radius [mm]
Abb. 34: NO x-Konzentrationen bei fein und grob aufgemahlener Biomasse
52

KO-STRO2.ORG
Kohle 100%
25 % Stroh 4mm
25 % Fichtenreisig 1,5mm
16
16
14
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
O 2
Konzentration in %
0
16
14
12
10
8
6
4
2
0
16
14
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
0
16
14
12
10
8
6
4
2
0
16
14
O 2
Konzentration in %
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
16
14
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
0
16
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
16
14
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
0
16
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
300 200 100 0 100 200 300
0 100 200 300
0
Radius (mm)
Radius (mm)
Radius (mm)
Abb. 35: Sauerstoffprofile bei der Mitverbrennung mit Steinkohle
53

KO-STRO2.ORG
Kohle 100%
25 % Stroh 4mm
25 % Fichtenreisig 1,5mm
6
6
4
4
2
2
CO in % auf 0 % O 2
gerechnet
0
1
0
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
0
1
0
CO in % auf 0 % O 2
gerechnet
1
1
0
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
0
1
1
0
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
0
1
1
0
300 200 100 0 100 200 300
0 100 200 300
0
Radius (mm)
Radius (mm)
Radius (mm)
Abb. 36: CO-Profilmessungen bei der Mitverbrennung
54

KO-STRNO.ORG
Kohle 100%
25 % Stroh 4mm
25 % Fichtenreisig 1,5mm
1600
1600
1400
1400
1200
1200
1000
1000
800
800
600
600
NO x
in ppm auf 0% O 2
gerechnet
400
200
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
1600
1400
1200
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
400
200
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
1600
1400
1200
NO x
in ppm auf 0% O 2
gerechnet
1000
1000
800
800
600
600
400
400
200
1600
1400
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
200
1600
1400
1200
1200
1000
1000
800
800
600
600
400
400
200
1600
1400
300 200 100 0 100 200 300 0 100 200 300
200
1600
1400
1200
1200
1000
800
600
Endkonzentration 990 ppm
auf 0% O 2 bezogen
Endkonzentration 880 ppm
auf 0% O 2 bezogen
Endkonzentration 1070 ppm
auf 0% O 2 bezogen
1000
800
600
400
400
200
200
300 200 100 0 100 200 300
Radius (mm)
Radius (mm)
0 100 200 300
Radius (mm)
Abb. 37: NO x-Profilmessungen bei der Mitverbrennung
55

der Fichtenreisig Flamme kann direkt nach Brenneraustritt eine erhöhte CO-Konzentration beobachtet
werden, obwohl in diesem Bereich genügend Sauerstoff vorhanden ist. Weiter entfernt ist kein CO mehr
vorhanden. Obwohl bei den Biomassen im Rohbrennstoff bereits die Mehrzahl der C-Atome mit einem
Sauerstoffatom teiloxidiert sind, führt dies im Feuerraum nicht zu hohen CO-Konzentrationen bei der
Mitverbrennung. Dafür sind mehrere Vorgänge denkbar. Bei der Mitverbrennung des groben Strohs zündet
dieses erst nach der Kohle; dadurch ist überall genügend Sauerstoff vorhanden, um das freigesetzte
CO aufzuoxidieren. Bei der Zudosierung des fein aufgemahlenen Fichtenreisig setzt dieses so schnell
Flüchtige frei, daß diese trotz vorhandenem Sauerstoff nicht aufoxidiert werden. Diese Vorgänge in unmittelbarer
Brennernähe haben auch einen großen Einfluß auf die Stickoxidbildung der Flammen.
Um die Stickoxidentstehung in der Flamme verfolgen zu können, wurden bei diesen Flammen auch die
Stickoxidkonzentrationen im Feuerraum vermessen. Um Verdünnungseffekte ausschließen zu können
und die Flammen vergleichbar zu machen, wurden die gemessenen Werte auf 0 % Sauerstoff umgerechnet.
In der ersten Ebene der Kohleflamme werden in der Brennerachse nur sehr geringe NO x-Konzentrationen
gemessen (s. Abb. 37). Grund hierfür sind der niedrige Sauerstoffgehalt und der hohe CO-Gehalt in
diesem Bereich. Das NO x reagiert hier mit CO zu N 2 und CO 2. Bei den Biomasse-Kohle-Mischflammen
tritt dieser Effekt nicht auf, da auch keine ausgeprägte unterstöchiometrische Zone vorhanden ist. Bei der
Fichte entsteht in diesem Bereich zwar genügend CO als Reaktionspartner für die Stickoxide, es ist jedoch
Sauerstoff im Überschuß vorhanden, der deshalb bevorzugt mit CO zu CO 2 reagiert. Auch für die freigesetzten
Stickstoffverbindungen findet sich genügend Sauerstoff als Reaktionspartner, so daß sie in der
Flammenwurzel zu NO x oxidiert werden. Im weiteren Flammenverlauf wird das NO x noch abgebaut. Für
die Kohleflamme ergibt sich ein Endwert von 990 ppm bezogen auf 0 % Sauerstoff, für die Kohle-Stroh-
Flamme von 880 ppm und für die Kohle-Fichtenreisig Mischung von 1070 ppm. Die Höhe der Endkonzentrationen
korellieren mit dem Anteil an Brennstoffstickstoff in dem Brennstoff-Mix. Die reine Kohle
hat einen auf den Energieinhalt bezogenen Stickstoffgehalt von 410 mg/MJ, die Kohle - Stroh Mischung
von 382 mg/MJ und 75 % Kohle - 25 % Fichtenreisig von 530 mg/MJ. Setzt man nun den Stickstoffgehalt
und die NO x-Emissionen der Kohleflammen jeweils als Referenz zu 100 % und setzt die Mischungen
dazu ins Verhältnis, so erhält man für die Stroh-Kohle-Mischung einen N-Gehalt von 93 % und eine
Emission von 89 %. Die Fichtenreisig-Mischung weist dann einen N-Gehalt von 129 %, aber eine NO x-
Emission von nur 108 % auf. Die Konversion des Biomassestickstoffes zu NO x ist also geringer als die
der reinen Kohleflamme.
Weiterhin wurden die Einflüsse des Biomasseanteils und der Aufmahlung auf das Zündverhalten untersucht.
Dazu wurde Buchenholz auf drei Feinheiten gemahlen, mit unterschiedlichen Anteilen der thermischen
Leistung zusammen mit Kohle verbrannt und die Sauerstoffkonzentrationen auf der
Brennkammerebene 330 (330 mm vom Brenner) ermittelt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 38 dargestellt.
Links sind die 2 mm- und die 4 mm-Aufmahlungen mit unterschiedlichen Anteilen miteinander zu
vergleichen. Es ist zu erkennen, daß bei der feinen Aufmahlung mit zunehmendem Anteil keine Änderung
des Sauerstoffgehaltes auf dieser Ebene erfolgt. Man kann deshalb davon ausgehen, daß hier eine
gleichmäßige Zündung von Kohle und Holz stattfindet. Im Gegensatz dazu erhöhen sich bei der 4 mm
Aufmahlung die O 2-Konzentrationen mit zunehmendem Biomasseanteil. Dies weist darauf hin, daß das
grobe Holz noch nicht gezündet hat und der Sauerstoffverbrauch bis hier allein durch die Kohle erfolgt
ist. Dies wird auch durch den Vergleich der 4 mm Aufmahlung mit der 6 mm Aufmahlung bestätigt.
Dieser Vergleich ist rechts in Abbildung 38 dargestellt. Die Sauerstoffkonzentrationen sind hier jeweils für
die gleichen Anteile annähernd deckungsgleich. Durch die noch gröbere Aufmahlung wird das Zündverhalten
also nicht noch weiter verzögert. Dies zeigt, daß das grob gemahlene Holz an dieser Stelle tatsächlich
noch nicht gezündet hat.
56

10
10
KOBUPROF.ORG
9
8
7
10 % Buche 4mm
20 % Buche 4mm
30 % Buche 4mm
48 % Buche 4mm
10 % Buche 2
20 % Buche 2
30 % Buche 2
9
8
7
10% Buche 6mm
20% Buche 6mm
10% Buche 4mm
20% Buche 4mm
O 2
in %
6
O 2
in %
6
5
5
4
4
3
0 50 100 150 200 250 300
3
0 50 100 150 200 250 300
Radius in mm
Radius in mm
Abb. 38: Sauerstoffprofile auf Brennkammerebene 330 mm mit unterschiedlichen Holzanteilen
und -aufmahlungen
5.2.2 Ausbrand, Glührückstand und Glühverlust
Anhand des Glührückstandes von Ascheproben wird der Ausbrand und damit die Vollständigkeit der
Verbrennung beurteilt. Der Ausbrand errechnet sich in Abhängigkeit des Glührückstandes und des
Aschegehaltes des Ausgangsbrennstoffes nach folgender Formel.
Ao
1 -
1 - Aa
Au =
1 - Ao
Au = Ausbrand
Ao = Aschegehalt absolut des Ausgangsbrennstoffes
Aa = Glührückstand absolut der Ascheprobe
Der Glührückstand wird durch die Gewichtsabnahme (entsprechend dem Glühverlust) bei der Erhitzung
der Aschen auf 900 °C unter Sauerstoffatmosphäre bestimmt. Ein großer Glührückstand, respektive ein
kleiner Glühverlust, bedeutet einen kleineren organischen, brennbaren Restanteil und somit einen besseren
Ausbrand.
In Abbildung 39 ist der Ausbrand über dem Glührückstand in Abhängigkeit des Brennstoffaschegehaltes
graphisch dargestellt. Es ist zu erkennen, daß bei geringen Brennstoffaschegehalten auch bei kleiner
werdendem Glührückstand, also größerem Glühverlust, der Ausbrand nahezu bei 100 % liegt. D.h. die im
Brennstoff enthaltene Energie wurde annähernd vollständig umgesetzt. Grundvoraussetzung für eine
Weiterverwertung, aber auch für eine Deponierung der Aschen nach dem Abfallwirtschaftsgesetz ist ein
Glührückstand von größer als 95 Gew%. Für Brennstoffe mit kleinem Ascheanteil wie Hölzer bedeutet
dies, daß selbst bei sehr gutem Ausbrand noch zu viel Brennbares in der zurückbleibenden Asche enthalten
sein kann und eine Deponierung somit eventuell nicht möglich ist.
57

100,0
99,8
99,6
Ausbrand in %
99,4
99,2
99,0
98,8
0,5 % Asche
2 % Asche
5 % Asche
10 % Asche
98,6
90 92 94 96 98 100
Glührückstand in %
Abb. 39: Ausbrand in Abhängigkeit des Glührückstandes und des Aschegehaltes
In Abbildung 40 sind die Glührückstände der Ascheproben bei der Mischverbrennung von Buchenholz
und Energiegras unterschiedlicher Aufmahlungen mit Steinkohle dargestellt. Der Anteil an Biomasse in %
100
95
90
Glührückstand (%)
85
80
75
70
Glührückst. Buche 2
Glührückst. Buche 4
Glührückst. Buche 6
Glührückst. EG 1,5
Glührückst. EG 4
Glührückst. EG 6
65
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Anteil Biomasse in % thermisch
Abb. 40: Glührückstand in Abhängigkeit vom Biomasseanteil und der Aufmahlung
(EG = Energiegras)
58

ist auf die thermische Leistung bezogen. Bei der Buchen-Mitverbrennung bleibt der Glührückstand nur
bei der feinsten Aufmahlung über 95 %, bei dem gröber aufgemahlenen Holz sinkt er stark ab. Bei den
Kohle-Energiegras-Flammen bleibt der Glührückstand auch bei gröberer Aufmahlung auf höherem
Niveau.
100
99
Ausb. Buche 2
Ausb. Buche 4
Ausb. Buche 6
140
120
100
Ausbrand (%)
98
80
60
CO (mg/m 3 )
97
40
CO Buche 2mm
CO Buche 4mm
CO Buche 6mm
20
96
0 10 20 30 40 50
Anteil Buche in % thermisch
0
Abb. 41: Ausbrand und CO-Emission in Abhängigkeit vom Biomasseanteil und der Aufmahlung
In Abbildung 41 sind der Ausbrand und die CO-Emissionen der Mischflammen in Abhängigkeit des
thermischen Anteils der Buche an der Gesamtfeuerungsleistung dargestellt.
Bei der feinen Ausmahlung bleibt der Ausbrand mit zunehmendem Bucheanteil konstant hoch. Die mittlere
Ausmahlung zeigt dagegen ein schwaches Abfallen des Ausbrandes mit zunehmender Biomassemenge.
Bei 50 % Anteil wird noch ein Ausbrand von 98,5 % erreicht. Wie sich aus Abbildung 40 gezeigt
hat, ist der Glührückstand jedoch schon sehr gering und in der gleichen Höhe wie bei der 10 %igen 6
mm-Bucheflamme. Der Grund hierfür ist der abnehmende Aschegehalt mit zunehmendem Holzanteil.
An dieser Stelle wird nochmals die Problematik beim Vergleich von Glührückstand und Ausbrand
deutlich. Trotz gleich geringem Glührückstand ist der Ausbrand der 6 mm Flamme deutlich schlechter.
Der Ausbrand bei der 6 mm Aufmahlung fällt schon bei 10 % Anteil auf 96,5 % und ist somit nicht mehr
genügend. Ein schlechter Ausbrand kündigt sich bei einer Staubfeuerung in der Regel durch hohe CO-
Emissionen an. Sie laufen dem Ausbrand genau entgegen.
Durch die Einblasung der Biomassen über eine Lanze entgegen der Kohleflamme wurde versucht, den
Ausbrand bei gleicher Partikelgröße zu erhöhen. Mit dieser Technik kann die Verweilzeit der Partikel
erhöht werden, da sie zweimal durch die heiße Verbrennungszone geleitet werden. In Abbildung 42 ist
diese Eindüsevariante schematisch dargestellt. Mit dem Abstand der Lanze zum Brenner sowie der Eindüsegeschwindigkeit
muß das System so optimiert werden, daß die Brennstoffpartikel so hoch wie
möglich fliegen, jedoch nicht an der Brennkammerdecke zurückprallen. Die Lanze kann auch nicht
beliebig weit vom Brenner entfernt eingebaut werden, da es sich bei den Brennstoffen um keinen
monodispersen, sondern einen Stoff mit einer Korn-
59

Abb. 42:
Biomasseeindüsung über Lanze
größenverteilung handelt. Wird nun der Brennstoff entgegen der Hauptströmungsrichtung geblasen, wird
er von dieser abgebremst und die Flugrichtung der Teilchen kehrt sich um. Während große Teilchen mit
ihrer entsprechend höheren Masse und damit größerem mitgebrachtem Impuls weit gegen die Strömung
fliegen können, werden kleine Teilchen nach Verlassen der Biomasselanze schnell von der Hauptströmung
abgebremst und mitgerissen. Ist nun die Lanze zu weit vom Brenner entfernt, gelangen feine Teilchen
nicht in die Verbrennungszone. Für den Versuch wurde Pappelholz auf 4 mm aufgemahlen und
einerseits mit der Kohle vorgemischt über den Brenner eingeblasen sowie andererseits über die Brennstofflanze
entgegen der Kohleflamme.
In Abbildung 43 ist der Glührückstand der jeweiligen Mischflammen in Abhängigkeit des Biomasseanteils
dargestellt. Man erkennt bei der Brennereindüsung ein Abfallen des Glührückstandes bei 50 %
Pappelanteil auf ca. 70 %. Derselbe Wert wurde auch schon bei der 50 %igen 4 mm-Buchenflamme
erreicht (s. Abb. 41). Bei Eindüsung über Lanze bleibt der Ausbrand über den ganzen untersuchten
Bereich der Biomassebeimischung konstant hoch. Dies ist einmal durch etwas höhere Verweilzeit im Flug
der Teilchen begründet, Beobachtungen zeigten jedoch auch, daß Teilchen durch die entgegengerichtete
Drallströmung nach außen abgelenkt werden, und an die Wand fliegen. Dort findet der vollständige Ausbrand
statt. Durch die Verwendung der Brennstofflanze können die Biomassen also gröber verbrannt
werden als bei der Zugabe über Brenner.
Die in Abbildung 43 eingetragene reine Pappelflamme zeigt, daß bei Zugabe über den Brenner eine Ausmahlung
auf 2,5 mm genügt, um einen hohen Glührückstand zu erreichen. Bei der Eindüsung über die
Lanze ist dagegen schon eine Ausmahlung von 4 mm ausreichend. In Abbildung 44 ist der Glührückstand
der Ausbrandproben bei Flammen mit Getreide- und Rapsganzpflanzen über dem Biomasseanteil
dargestellt. Die Gersteflammen weisen auch schon für geringere Anteile einen etwas niedrigeren Glührückstand
auf. Der Glührückstand der Gerste- und Haferflamme fällt jedoch bei 100 % Biomasseanteil
stark ab. Die Flammen mit Raps und Roggen zeigen einen größeren Glührückstand und somit auch besseren
Ausbrand. Dies liegt an dem geringeren Kornanteil beider Brennstoffe im Erntegut bzw. nach der
60

100
Ausmahlung 2,5 mm
90
Glührückstand (%)
80
70
Ausmahlung 4 mm
Pappel über Brenner
Pappel über Lanze
60
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Biomasseanteil (% thermisch)
Abb. 43: Glührückstand bei Pappel in Abhängigkeit der Eindüsevariante
100
EGROWRV6.ORG
Glührückstand der Ausbrandprobe
90
80
70
60
50
Hafer
Roggen
Raps
Gerste
Triticale
0 20 40 60 80 100
Biomasseanteil (% thermisch)
Abb. 44: Glührückstand bei der Ganzpflanzen - Kohle Mischvergrennung
61

Glühverlust %
8
6
4
2
Triti+Kohle außen
Triti Mitte-Kohle außen
Triti außen-Kohle Mitte
Triti+Kohle Mitte
Kohle außen-Kohle Mitte
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Biomasseanteil % thermisch
8
KOFIVW53.ORG
7
6
Glühverlust (%)
5
4
3
2
1
0
0 10 20 30 40 50
Anteil Fichte in % thermisch
Kohle Mitte - Fichte außen
Kohle außen - Fichte Mitte
Kohle + Fichte außen
Abb. 45: Glührückstand der Aschen bei den Versuchsflammen
Zerkleinerung. Der variierende Ausbrand und die entsprechenden CO-Emissionen (s. Abb. 50) sind
darauf zurückzuführen, daß bei der Brennstoffaufbereitung mit der Schneidmühle bei den Getreideganz-
62

pflanzen etwa gleich große Partikel Stroh und Korn entstehen, die aber unterschiedliche Dichten haben.
Um Getreideganzpflanzen als alleinigen Brennstoff in der Staubfeuerung verbrennen zu können, muß die
Aufbereitung deutlich verbessert werden. Die Körner müssen deutlich feiner aufgemahlen werden als das
Stroh. Dies bedeutet im Umkehrschluß, daß das Stroh stark übermahlen werden muß und somit unnötig
Energie für die Aufbereitung verbraucht wird. Ein erfolgversprechender Ansatz wird in einem Nachfolgeprojekt
verfolgt, in dem die Verwendung einer Hammermühle mit einer nachgeschalteten Fliehkraftsichtung
zur Aufbereitung von Ganzpflanzen untersucht wird. Diese Mühlenart ist sowohl für die
Strohzerkleinerung als auch zur Zerkleinerung von Getreidekörnern zu Mehl im Einsatz.
In Abbildung 45 ist der Glühverlust der bei den Versuchen mit unterschiedlichen Brennerkonfigurationen
erhaltenen Aschen über dem Biomasseanteil dargestellt. Die Versuche wurden mit Fichte und Triticale
durchgeführt. Ziel dieser Versuche ist die Ermittlung der NO x-Emissionen bei den unterschiedlichen
Brennerkonfigurationen. Es ist zu erkennen, daß bei den meisten Aschen dieser Flammen weniger als 5 %
Glühverlust verbleibt. Dies bedeutet auch einen guten Ausbrand des Brennstoffes. Es ist insbesondere bei
der Mitverbrennung von Triticale die Tendenz zu erkennen, daß bei zunehmendem Ganzpflanzenanteil
der Glühverlust zunimmt.
8
6
Triti Mitte - Kohle außen
Triti außen - Kohle Mitte
Kohle außen- Kohle Mitte
Glühverlust (%)
4
2
0
0 20 40 60 80 100
Anteil Brennstoff zentral (% thermisch)
Abb. 46: Glührückstand der Aschen über dem Anteil an zentral eingeblasenem Brennstoff
In Abbildung 46 ist der Glühverlust über dem Anteil an Brennstoff, der zentral eingeblasen wird, aufgetragen.
Der Glühverlust nimmt mit zunehmendem Anteil an zentral eingeblasenem Brennstoff, sowohl
Biomasse als auch Kohle, tendenziell zu.
5.2.3 Emissionen bei der Biomasseverbrennung in einer Staubfeuerung
5.2.3.1 CO-Emissionen
Bei der Verbrennung von Festbrennstoffen muß zwischen dem Partikelausbrand und dem Gasausbrand
unterschieden werden. Während der Partikelausbrand anhand des Glührückstandes und des Ausbrandes
beurteilt wird, wird der Gasausbrand durch die Leitkomponente Kohlenmonoxid angezeigt. In einer
Staubfeuerung sind jedoch beide aneinander gekoppelt. Ist genügend Sauerstoff vorhanden und die
63

Temperatur hoch genug, reagiert das Kohlenmonoxid mit dem Sauerstoff zu CO 2. Die CO-Emissionen
werden am Ende der Brennkammer gemessen, d.h. die Temperaturen sind niedrig genug, um keine weiteren
Reaktionen von Kohlenwasserstoffen mehr stattfinden zu lassen. Werden die Brennstoffpartikel zu
grob in die Brennkammer eingebracht, reicht die vorgegebene Verweilzeit der Teilchen nicht aus, um
vollständig zu verbrennen, d.h. sie setzen auch noch am Ende der Brennkammer Kohlenwasserstoffe und
CO frei, die dann als Emissionen aufgezeichnet werden. Die CO-Emissionen sind also von dem vollständigen
Partikelausbrand der Biomasse abhängig und steigen mit sinkendem Ausbrand, der wiederum maßgeblich
von der Korngröße des Brennstoffs beeinflußt wird.
In Abbildung 47 ist ein Beispiel für die Abhängigkeit der CO-Emissionen vom Restsauerstoffgehalt im
Rauchgas dargestellt. Es handelt sich hierbei um zwei reine Energiegrasflammen mit einer 1,5 mm Aufmahlung.
Bei der einen wurde durch die Einstellung der Brennstoffmenge der Endsauerstoffgehalt
zwischen 5 und 6 % variiert, bei der anderen Flamme zwischen 5,5 und 4,4 % O 2. Unterhalb von 5 %
Restsauerstoffgehalt steigt in diesem Fall die CO-Emission stark an. Üblicherweise stellt man bei einer
Kohlenstaubfeuerung die Sauerstoffendkonzentrationen auf 3,5 % (entsprechend einer Luftzahl von 1,2)
ein. In diesem Fall ist jedoch eine Luftzahl von 1,3 notwendig, um einen vollständigen Gasausbrand zu
bekommen.
400
PAOGES.ORG
300
Energiegras 100 %
CO
CO in mg/m³
200
100
0
4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2
O 2
in %
Abb. 47: Einfluß des Restsauerstoffgehaltes auf die CO- Emissionen bei reiner Grasflamme
Der im Vergleich zur Kohle frühe Anstieg der CO-Emissionen bei dieser Energiegrasflamme kann verschiedene
Gründe haben. Gröbere Biomasseteilchen können schnell durch die heiße Verbrennungszone
fallen. Sie entgasen zwar vollständig, setzen jedoch beim Koksabbrand noch weit unten in der Brennkammer
bei niedrigeren Temperaturen CO frei. Dieses CO wird aufgrund der geringen Reaktionsgeschwindigkeit
nicht mehr zu CO 2 aufoxidiert und erscheint als Emission. Die Reaktionsgeschwindigkeit
von CO nach CO 2 ist insbesondere von der Temperatur, aber auch von der Sauerstoffkonzentration abhängig.
Da die unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen durch kurzfristige Schwankungen in der
Brennstoffzufuhr verursacht werden und die Brennkammer mit ihrer großen erhitzten Masse sehr viel
Wärme speichert, kann man davon ausgehen, daß die Temperaturen am Brennkammerende nicht beeinflußt
werden. Dieser Einfluß wäre auch gerade entgegengesetzt. Bei geringerem Sauerstoffüberschuß wird
64

die Verbrennungstemperatur höher und damit die Reaktionsgeschwindigkeit von CO nach CO 2 größer,
vorausgesetzt, das CO findet noch genügend Sauerstoff als Reaktionspartner. Die Abhängigkeit der
Reaktionsgeschwindigkeit von CO nach CO 2 von Temperatur und Restsauerstoffgehalt ist in Abbildung
48 dargestellt. Die Reaktion springt erst bei 605 °C an, am Ende der Brennkammer wird die Reaktion
daher nahezu zum Erliegen kommen. Bei vorgegebener Temperatur erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit
mit höherem Sauerstoffgehalt im Rauchgas. So verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei
700 °C beim Übergang von 1 % auf 5 % Restsauerstoff. Dies entspricht einer Temperaturerhöhung von
700 auf 750 °C. Die allgemein bekannte Faustregel der Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit bei
einer Temperaturerhöhung um 10 °C gilt hier nicht, da man sich noch sehr nahe an der Starttemperatur
befindet.
5000
1 % O 2
Reaktionsgeschwindigkeit (m³/kmol s)
4000
3000
2000
1000
3 % O 2
5 % O 2
0
600 650 700 750 800
Reaktionstemperatur (°C)
Abb. 48: Reaktionsgeschwindigkeit von CO in Abhängigkeit der Temperatur und des
O 2-Gehaltes
Es handelt sich hier somit um einen Grenzfall, bei dem durch die Erhöhung des Restsauerstoffgehaltes
die CO-Emissionen noch aufgefangen werden können. Es liegt die Vermutung nahe, daß die CO-Emissionen
bei einem längeren Betrieb mit hohem Sauerstoffgehalt wieder ansteigen, da die Temperaturen
absinken werden.
Bei Energiegras und Buchenholz wurden drei unterschiedlich aufgemahlene Chargen zusammen mit
Steinkohle (Göttelborn) verbrannt, um die erforderliche Mahlfeinheit für einen befriedigenden Ausbrand
festzustellen. In Abbildung 49 sind die CO-Emissionen der Mischflammen über dem thermischen Biomasseanteil
dargestellt. Bis 30 % Biomasseanteil sind die CO-Emissionen beim Energiegras für alle Ausmahlungen
auf einem niedrigen Niveau ähnlich der reinen Kohleflamme. Darüber steigen jedoch für die
gröberen Ausmahlungen die CO-Emissionswerte an. Für eine Mitverbrennung bis 30 % sind somit auch
die gröberen Ausmahlungen ausreichend. Soll jedoch ein höherer Anteil an Energiegras mitverfeuert
werden, muß eine feinere Ausmahlung gewählt werden. Für die Mitverbrennung von Holz bis zu 30 %
thermisch ist ebenfalls die 4 mm-Aufmahlung ausreichend, danach steigen die CO-Emissionen deutlich
an. Die 6 mm Aufmahlung hat schon bei 10 %iger Mitverbrennung erhöhte CO-Emissionen.
In Abbildung 49 sind noch einige Mischflammen von Hanf mit Kohle eingetragen. Der Hanf nimmt in
dieser Darstellung einen Sonderplatz ein, da er als Faserpflanze von seinem morphologischen Aufbau her
65

nicht unmittelbar zu den ‘homogenen’ Biomassen wie Holz, Stroh und Gras gezählt werden kann. Er
kann aber auch nicht zu den weiter unten behandelten kornhaltigen Ganzpflanzen zugeordnet werden, da
keine Hanfsamen enthalten waren. Der Hanfstengel, wie er bei später Ernte als Biomasse vom Feld anfällt,
setzt sich aus einem verholzten Teil (Schäben) und den ihn umgebenden Faseranteil zusammen.
Der Hanf wurde auf 2,5 mm gemahlen und bis zu einem Anteil von 50 % thermisch mitverbrannt. Die
CO-Emissionen blieben auch für die höheren Anteile niedrig und das optische Flammenbild war sehr
kompakt, was auf eine unverzügliche Zündung hindeutet. Diese Aufmahlung ist sicher auch für größere
Anteile ausreichend. Für größere Anteile konnten jedoch keine Versuche durchgeführt werden, da der
Faseranteil zur extremen Verfilzung führt und somit ein äußerst schlecht dosierbares Schüttgut darstellt.
Von den Hanffasern wurde schließlich die unter der Dosierung angebrachte Zellradschleuse durch Zusetzung
der Spaltabstände zwischen dem Zellenrad und dem Gehäuse blockiert. Die Zellradschleuse konnte
nur durch eine Komplettdemontage wieder gängig gemacht werden. Insgesamt hat der Hanf in der kurzen
Versuchszeit sehr gute verbrennungstechnische Eigenschaften aufgewiesen. Für einen Dauerbetrieb
müssen jedoch die hier aufgetretenen Probleme durch konstruktive wie auch verfahrenstechnische Änderungen
verbessert werden.
CO (mg/m³ bei 6 % O 2
)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
EG1.5 mm
EG4 mm
EG6 mm
Buche 2 mm
Buche 4 mm
Buche 6 mm
Hanf 2,5 mm
KOBU.ORG
0
0 10 20 30 40 50 60
Anteil Biomasse thermisch (%)
Abb. 49: CO- Emissionen der Energiegras- (EG), Hanf- und Buche- Kohle-Mischungen
Die CO-Emissionen bei der Mitverbrennung von Getreide- und Rapsganzpflanzen sind in Abbildung 50
dargestellt. Bei der reinen Gerste- und Haferflamme steigen sie besonders stark an. Die beiden maximalen
Werte stellen die obere Meßgrenze des verwendeten Meßgerätes dar. Die Werte liegen also nicht "zufällig"
aufeinander. Die Mahlung der Gerste und des Hafers erfolgte mit nicht optimal scharfen Messern in der
Schneidmühle. Im Mahlgut befanden sich daher ca. 0,5-0,8 mm große "rundgeschliffene" Körnerteilchen.
Diese Teilchen, die eine Energiedichte vergleichbar mit Kohle aufweisen, können in der vorgegebenen
Verweilzeit nicht ausbrennen. Es resultiert eine hohe CO-Emission. Der Raps und der Roggen wurden
mit frisch geschliffenen Messern gemahlen. Dabei war eine Anreicherung von Körnern im Mahlraum der
Mühle auffällig. Der Mahlraum mußte sogar geräumt werden, da auch nach längerer Betriebszeit das
verbleibende Mahlgut nicht zerkleinert werden konnte. Die Körner waren teilweise hal-
66

1400
EGROWRV6.ORG
CO (mg/m³ bei 6 % O 2
)
1200
1000
800
600
400
200
CORog
CORaps
COHafer
COGerste
COTriti
0
0 20 40 60 80 100
Biomasseanteil (% thermisch)
Abb. 50: CO-Emissionen der Ganzpflanzen-Kohle-Mischungen
CO (mg/m 3 bei 6% O 2
)
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Triti+Kohle außen
Triti Mitte-Kohle außen
Triti außen- Kohle Mitte
Triti+Kohle Mitte
Kohle Mitte-Kohle außen
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Biomasseanteil (% th
)
Abb.51: CO-Emissionen bei verschiedenen Brennerkonfigurationen und
zunehmendem Ganzpflanzenanteil
biert und/oder geschält. Beim Raps und Roggen kann davon ausgegangen werden, daß nicht das im
Erntegut (Häcksel beim Raps bzw. Quaderballen beim Roggen) festgestellte Verhältnis von Korn zu
67

Stroh im eingeblasenen Brennstoff vorlag, sondern der Kornanteil durch ‘Ausschütteln’ während des
Transportes und der Ausschleusung bei der Aufbereitung niedriger war. Da die hohen CO-Emissionen
durch nicht ausbrennende Körnerteilchen hervorgerufen werden, können bei den reinen Raps- und
Roggenflammen auch niedrigere CO-Werte beobachtet werden, wie auch zuvor schon ein höherer Glührückstand
gemessen wurde.
Die CO-Emissionen über dem Biomasseanteil bei den Versuchen mit Wintertriticale-Ganzpflanzen und
unterschiedlichen Brennerkonfigurationen sind in Abbildung 51 dargestellt. Es ist eine leichte Tendenz zu
steigenden CO-Emissionen mit Ganzpflanzenanteilen über 60 % zu erkennen.
5.2.3.2 NOx-Emissionen und primärseitige Minderungsmaßnahmen
Die NO x-Emissionen in Kohlestaubverbrennungsanlagen werden, wenn keine primären Minderungsmaßnahmen
ergriffen werden, in erster Linie vom Stickstoffgehalt des eingesetzten Brennstoffs bestimmt. Da
dieser vor allem bei den untersuchten einjährigen Energieganzpflanzen höher als bei Steinkohle liegt,
wurde bei den Verbrennungsversuchen getestet, inwieweit durch primärseitige NO x-Minderungsmaßnahmen
die Stickoxidbildung in der Flammenzone durch geeignete Feuerungstechnik vermindernt werden
kann. Dies kann zum einen durch die gestufte Luftzuführung, die Brennstoffstufung, über geeignete Eindüsung
der Brennstoffe am Brenner, oder einer Kombination dieser Maßnahmen erfolgen. Sie sind allerdings
erst dann sinnvoll, wenn man einen vollständigen Ausbrand und entsprechend niedrige CO-
Emissionen bei den Versuchsflammen erreicht hat. Im Gegensatz dazu stehen Sekundärmaßnahmen, die
bereits gebildete Stickoxide reduzieren sollen.
In Abbildung 52 sind die NO x-Emissionen bei der Mitverbrennung von Raps-, Wintergerste-, Hafer- und
Roggenganzpflanzen mit der Göttelborn-Steinkohle dargestellt. Die Brennstoffe unterscheiden sich in
ihrem Stickstoffgehalt und somit auch die Flammen in ihrem Stickstoffinput. Der Vergleich der Stickstoffgehalte
der Biomassen und der Steinkohle in Tabelle 23 zeigt, daß die auf den Heizwert bezogenen
Gehalte, die die Höhe des Stickstoffinputs in die Flamme bestimmen, bei Gras, Raps, dem Sommergetreide
Hafer und den Wintergetreidearten Gerste und Triticale höher sind als bei Steinkohle. Bei Hanf
und Holz sind die Gehalte niedriger. Bei den verschiedenen Chargen der Göttelborn Steinkohle treten
Schwankungen der Stickstoffgehalte zwischen 1,28 und 1,59 % auf. Dies entspricht auf den Energiegehalt
(Heizwert) bezogenen Stickstoffgehalten von 0,42 und 0,51 g/MJ.
Tab. 23: Stickstoffgehalt von Steinkohle und Biomassen (Werte bezogen auf wasserfrei)
Brennstoff N-Gehalt in Gew % N-Gehalt in g/MJ
Buche 0,1 0,04
Topinambur 94 0,2 0,11
Pappel 0,44 0,24
Hanf 0,55 0,31
Göttelborn 05 94 1,28 0,42
Göttelborn 12 94 1,59 0,51
Göttelborn 10 95 1,49 0,51
Winterroggen * 0,90 0,48
Wintertriticale * 1,13 0,61
Wintergerste * 0,98 0,61
Energiegras (Glatthafer) 1,03 0,57
Winterraps * 1,20 0,62
Hafer * 1,23 0,66
* Ganzpflanzen
Man erkennt in Abbildung 52, daß sich die Biomassen mit den höheren Stickstoffgehalten (Triticale,
Raps, Roggen, Hafer) in der Feuerung ähnlich verhalten. Mit Ausnahme des Winterroggen weisen diese
Biomassen höhere Stickstoffgehalte als die Kohle auf. Dies führt bei der Mischverbrennung auch zu vergleichbaren
NO x-Emissionen. Bei den reinen Biomasseflammen (100 % Biomasseanteil) fallen insbesondere
bei der Gersten- und der Haferflamme die NO x-Emissionen sehr stark ab. Die Gründe dafür sind
die sehr hohen CO-Emissionen (s. Abb. 50 im vorherigen Kapitel), die bei beiden Flammen gemessen
68

wurden. Das CO reagiert mit dem NO x zu CO 2 und molekularem Stickstoff. Die hohen CO-Werte resultieren
jedoch aus dem schlechten Ausbrand, der bei diesen Flammen erreicht wurde. Dadurch bleibt zusätzlich
ein Teil des Brennstoffstickstoffes im Brennstoff gebunden und kann nicht als Stickoxidemission
auftreten. Bei der Wintertriticaleflamme wurden die höchsten NO x-Emissionen gemessen. Wintertriticale
war auch gemeinsam mit Raps und Roggen der Brennstoff mit dem höchsten Stickstoffgehalt. Außerdem
war er, aufgrund der besonderen Brennstoffaufbereitung, die einzige Ganzpflanze mit einem vollständigen
Ausbrand. Bei der Mitverbrennung von Topinamburkraut sinken die NO x-Emissionen aufgrund des
geringen Brennstoffstickstoffgehaltes stärker ab als bei den übrigen hier dargestellten Biomassen.
EGROWRV6.ORG
800
NO x
(ppm, 6% O 2
)
600
400
200
NOxRoggen
NOxRaps
NOxGerste
NOxHafer
NOxHanf
NOxTriticale
NOxTopinambur
0
0 20 40 60 80 100
Biomasseanteil (% thermisch)
Abb. 52: NO x-Emissionen bei Ganzpflanzen-Kohle-Mischungen
Um den Ausbrand gröber ausgemahlener Biomassen, hier am Beispiel von Pappel, zu verbessern, wurde
die Biomasse auch über eine Lanze entgegen der Hauptflamme in der Brennraum geblasen. Die NO x-
Emissionen dieser Flammen, verglichen mit der Eindüsung über Brenner, sind in Abbildung 53 dargestellt.
Für Biomasseanteile bis 40 % ergaben sich für die Lanzeneindüsung niedrigere NO x-Werte. Für die
Eindüsung über die Lanze wird ein über dem Biomasseanteil konstanter Luftstrom von der Hauptverbrennungsluft
abgezweigt. Für kleine Biomassemengen (und entsprechend große Kohlemenge) steht am
Brenner zu wenig Verbrennungsluft zur Verfügung, was einen Stufungseffekt bewirkt und die NO x-
Emissionen auf niedrigerem Niveau hält. Mit zunehmendem Biomasseanteil herrschen in Brennernähe
überstöchiometrische Verhältnisse, d.h. dort wird vermehrt Stickoxid gebildet. Die Reduktion des eingebrachten
Brennstoffstickstoffes durch die Substitution der Kohle durch die Pappel wird durch die höhere
Stickoxidproduktion am Brenner beinahe kompensiert. Daher fallen die Emissionen bei der Zugabe der
Biomasse über Lanze deutlich geringer ab als bei der Zugabe über Brenner.
69

NO x
bei 6% O 2
(ppm)
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
Pappel über Brenner
Pappel über Lanze
PAPPVW51.ORG
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Biomasseanteil (% thermisch)
Abb. 53: NO x-Emissionen bei der Eindüsung der Biomasse über Lanze
5.2.3.2.1 NOx-Minderung mittels Brennerkonfigurationen
Der Brenner der Staubverbrennungsanlage ist prinzipiell aus drei ineinandergeschobenen Rohren aufgebaut.
Das zentrale Rohr ist für die Erdgaseindüsung zum Aufheizen der Brennkammer oder zur Mischverbrennung
vorgesehen. Durch den umliegenden Ringspalt wird Festbrennstoff mit der Primärluft
eingeblasen. Der äußere Ringspalt ist für die vorgewärmte und ggf. verdrallte Sekundärluft reserviert
(s. Abb. 54 links). Der Brenner kann jedoch auch so modifiziert werden, daß das zentrale Rohr ebenfalls
zur Festbrennstoffeindüsung zur Verfügung steht. Es ergeben sich somit die vier dargestellten Brennerkonfigurationen.
Abb. 54: Bei Wintertricaleganzpflanzen untersuchte Multi-Fuel-Brennerkonfigurationen
Die verschiedenen Brennerkonfigurationen verursachen unterschiedliche Strömungsbilder in der Brennkammer.
Bei der Zugabe der Brennstoffe über den inneren Ringspalt, wird die innere Rezirkulationszone,
die aus der verdrallten Sekundärlufteindüsung resultiert, nicht beeinflußt. Wird ein Brennstoff jedoch über
das mittlere Rohr eingeblasen, gelangt dieser direkt in die unterstöchiometrische innere Rezirkulationszone
und drückt sie von oben etwas ein.
70

In Abbildung 55 sind die grundsätzlichen Strömungsverhältnisse bei den unterschiedlichen Eindüsungsvarianten
schematisch gezeichnet. In der Mitte ist die innere Rezirkulationszone dargestellt. Diese bildet
sich durch die Drallströmung der Sekundärluft aus. Durch die Tangential-geschwindigkeit und die resultierende
Zentrifugalkraft wird der eintretende Luftstrahl aufgeweitet, wodurch in der Mitte ein Unterdruck
entsteht, der heiße Rauchgase von unten ansaugt. Es entsteht eine nach oben gerichtete Rückströmung
und eine unterstöchiometrische, d.h. sauerstoffarme innere Rezirkulationszone.
Die rechte Bildhälfte stellt die Flugbahnen von Brennstoffteilchen dar, die durch den Ringspalt eingeblasen
wurden. Sie tangieren die innere Rezirkulationszone nur leicht und mischen sich in die Sekundärluft
ein. Die linke Bildhälfte stellt die Flugbahn zentral eingedüster Partikel dar. Sie werden zunächst in die
innere Rezirkulationszone eingedüst, werden dann durch die nach oben gerichtete Rückströmung umgekehrt
und verlassen die Rezirkulationszone. Im Vergleich zur Ringspalteindüsung verbringt der zentral
eingebrachte Brennstoff eine längere Zeit in der Rezirkulationszone, wo er unter sauerstoffarmen Bedingungen
zünden und teilweise verbrennen kann und durch den Mangel an Sauerstoff weniger Stickoxide
bildet.
Abb. 55: Strömungsverhältnisse bei unterschiedlichen Eindüseorten, rechts Ringspalteindüsung,
links zentrale Eindüsung
In Abbildung 56 sind die Konsequenzen der Brennerkonfigurationen auf die NO x-Emissionen in Abhängigkeit
des Biomasseanteils dargestellt. Die vorgemischte Zugabe der Brennstoffe Fichte
(ca. 0,04 g N/MJ) und Kohle (ca. 0,42 g N/MJ) über Ringspalt ergeben dabei die höchsten
NO x-Emissionen, da sofort Luftüberschuß vorhanden ist und der eingebrachte Brennstoffstickstoff vermehrt
zu Stickoxiden aufoxidiert wird. Die niedrigsten NO x-Emissionen erhält man bei der zentralen
Eindüsung der Kohle und der Zugabe der Fichte über den Ringspalt. In diesem Fall gelangt die Kohle als
stickstoffreicherer Brennstoff in die luftarme innere Rezirkulationszone und der eingetragene Brennstoffstickstoff
wird vermehrt zu elementarem Stickstoff reduziert. Die Variante, bei der die Fichte in der
Mitte und die Kohle über Ringspalt eingeblasen wird, liegt in den NO x-Emissionen zwischen den
beschriebenen Extremen. Die Erhöhung des Fichtenanteils an der thermischen Leistung der Flamme hat
im Verhältnis zu den Auswirkungen der drei Konfigurationen nur noch geringen Einfluß. Die NO x-
Emissionen nehmen jedoch durch den geringeren Brennstoffstickstoffeintrag mit zunehmendem Fichtenanteil
ab.
Bei Triticaleganzpflanzen wurde eine weitere, vorher nicht berücksichtigte Brennerkonfiguration als
primäre NO x-Minderungsmaßnahme untersucht, bei der beide Brennstoffe zentral eingedüst wurden.
71

Interessant für diese Untersuchungen ist weiterhin, daß Triticaleganzpflanzen einen höheren Stickstoffgehalt
aufweisen als die Kohle. In Abbildung 54 ist diese weitere Möglichkeit der Brennstoffeindüsung bei
einem Multi-Fuel-Brenner dargestellt. Bei der Konfiguration "vorgemischt" (= Triticale+Kohle außen)
werden die Brennstoffe gemeinsam über Ringspalt mit jeweils 50 m³/h Förderluft eingeblasen. Dies stellt
die Grundkonfiguration dar. Bei den Konfigurationen "Kohle zentral" (2. von links) und "Biomasse zentral"
(2. von rechts) wird jeweils der genannte Brennstoff über die zentrale Öffnung, der andere über den
Ringspalt eingeblasen. Bei der 4. Konfiguration (ganz rechts) werden beide Brennstoffe gemischt und
gemeinsam zentral eingedüst. Für jede Konfiguration wurden Versuche mit 0 - 100 % Biomasseanteil,
gerechnet als Feuerungswärmeleistung, durchgeführt. Als Hauptbrennstoff wurde die Saarsteinkohle
Göttelborn eingesetzt.
1000
KOFIVW53.ORG
900
NO x
bei 6% O 2
(ppm)
800
700
600
500
400
Kohle Mitte - Fichte außen
Kohle außen - Fichte Mitte
Kohle + Fichte außen
300
200
0 10 20 30 40
Fichteanteil (% thermisch)
Abb. 56:
NO x-Emissionen bei unterschiedlichen Brennerkonfigurationen
Die Auswirkungen aller vier Brennerkonfigurationen auf die NO x-Emissionen bei unterschiedlichen
Anteilen von Triticaleganzpflanzen sind in Abbildung 57 dargestellt. Die reine Kohleflamme bedeutet
wiederum 0 % Biomassebeimischung. Entsprechend wird mit zunehmendem Biomasseanteil die Kohle
durch Triticaleganzpflanzen ersetzt. Der Brennstoffstickstoff, der insgesamt in die Feuerung eingebracht
wird, steigt mit zunehmendem Ganzpflanzenanteil, da die Triticaleganzpflanzen mit ca. 1,13 % N bzw.
0,61 g N/MJ einen höheren auf den Heizwert bezogenen Stickstoffgehalt aufweisen als die Kohle. Bei der
Eindüsung von Triticale, vorgemischt mit Kohle, über Ringspalt ist der Brennstoff bei der ersten
Reaktionsphase bereits gut mit der verdrallten, sauerstoffreichen Sekundärluft vermischt. Dies führt zu
einer vermehrten Oxidation des Brennstoffstickstoffes zu NO x. Bei dieser Konfiguration nimmt die NO x-
Emission mit zunehmendem Biomasseanteil trotz des erhöhten Stickstoffinputs leicht ab. Der Grund
hierfür ist die unterschiedliche Stickstoffeinbindung beider Brennstoffe und die damit geringere Neigung
des Biomassestickstoffes zu NO x zu konvertieren.
72

900
TRIGES65.ORG
800
NO x
in ppm bei 6 % O 2
700
600
500
400
300
200
100
Triti+ K ohle außen
Triti Mitte-Kohle außen
Triti außen-Kohle Mitte
Triti+ Kohle Mitte
Kohle außen-Kohle Mitte
0 20 40 60 80 100
Biomasseanteil % thermisch
Abb. 57: NO x-Emissionen der Triticaleganzpflanzen im Multi-Fuel-Brenner
Bei der Eindüsung ‘Triticale zentral+Kohle über Ringspalt’ entspricht die reine Kohleflamme
(0 % Biomasse) prinzipiell der vorgemischten Flamme. Die über den Ringspalt eingeblasene Kohle wird
mit der halben Primärluftmenge gegenüber der vorgemischten Flamme eingeblasen. Die zweite Primärluft
steht in der Mitte für die Biomasseneindüsung bereit. Daher ergibt sich eine etwas geringere NO x-Emission.
Für geringe Ganzpflanzenanteile steigt die NO x-Emission zunächst etwas an, bis die Biomassemenge
die ihr zur Verfügung stehende Primärluftmenge aufgebraucht hat. Ab einem Biomasseanteil von
20 % thermischer Leistung fallen die NO x-Emissionen stark ab, da der Brennstoff in die unterstöchiometrische
innere Rezirkulationszone eingeblasen wird und ein Teil des Brennstoffstickstoffes zu elementarem
Stickstoff reduziert wird.
Wird Triticale außen über Ringspalt und die Kohle zentral eingeblasen, emittiert die reine Kohleflamme
die geringste Menge an NO x, da der gesamte Brennstoffstickstoff in die unterstöchiometrische innere
Rezirkulationszone gelangt. Mit zunehmendem Biomasseanteil steigen die NO x-Emissionen an, da vermehrt
Brennstoff in sauerstoffreichere Gebiete eingebracht wird. Die Steigung bleibt jedoch bis zu einem
Biomasseanteil von etwa 40 % unter der Kurve des vorherigen Falls.
Bei der vierten Konfiguration wird der gesamte Brennstoffmix Triticale und Kohle zentral und damit der
gesamte Brennstoffstickstoff in die innere Rezirkulationszone eingebracht. Die NO x-Emissionen verhalten
sich für Biomasseanteile bis 40 % wie die vorhergehende Konfiguration "Triticale außen - Kohle
zentral". Bei mehr als 40 % Biomasse nehmen die NO x-Emissionen jedoch ab. Der Grund hierfür ist, daß
mehr Brennstoffstickstoff über die Biomasse als durch den verbleibenden Kohleanteil eingebracht wird.
Bei dieser Brennerkonfiguration wird bei der 100 % Triticale-Flamme die niedrigste NO x-Emission der
gesamten Versuchsreihe erreicht. Der Brennstoff wird bei diesen Flammen mit der doppelten Primärluft,
d.h. hohem Impuls in die innere Rezirkulationszone geblasen. Durch den fehlenden Sauerstoff in dieser
Zone wird nur wenig Brennstoffstickstoff zu NO x aufoxidiert.
73

Bei 40 % Anteil Triticale im Brennstoffmix treffen sich die drei zuletzt beschriebenen Kurven, bei denen
einer oder beide Brennstoffe zentral eingedüst werden. In diesem Punkt werden von der Kohle und von
der Biomasse jeweils gleichviel Brennstoffstickstoff in die Flamme eingetragen.
Um den Effekt der Biomassemitverbrennung bei den unterschiedlichen Brennerkonfigurationen herausarbeiten
zu können, wurden diese Konfigurationen auch mit der reinen Kohleflamme gefahren (s. Abb.
58). Dazu wurde der Kohlestrom geteilt und über zwei Dosierorgane über die zentrale Öffnung und den
Ringspalt eingeblasen. Die Skalierung der Abszisse bezieht sich hierbei auf den zentral eingeblasenen
Anteil der Kohle. Für zunehmenden Anteil zentral eingebrachter Kohle ist zunächst ein geringfügiger
Anstieg, dann ein Abfallen der NO x-Emissionen zu erkennen. Dieser Verlauf wurde auch bei der äquivalenten
Flamme "Triticale Mitte - Kohle außen" beobachtet, nur, daß dort ein viel steilerer Abfall und bei
allen Anteilen deutlich geringere NO x-Konzentrationen gemessen wurden. Werden die NO x-Emissionen
über dem Anteil an Brennstoffstickstoff, der zentral eingedüst wird, aufgetragen, so ergeben sich für
größer werdende Anteile an zentral eingebrachtem Stickstoff sinkende NO x-Emissionen.
Die Grundemissionen sind bei der "100 % Kohle außen"- Flamme höher als bei der "100 % Triticale
außen"- Flamme. Mit zunehmender Verschiebung der Brennstoffe in die zentrale Brenneröffnung
nehmen die NO x-Emissionen ab. Die Kurven treffen sich zwischen 40 und 60 % Brennstoff-N zentral
eingebracht. Das heißt, ab diesem Bereich spielt es keine Rolle, welcher der beiden Brennstoffe zentral
eingebracht wird, da sich die gleichen NO x-Emissionen ergeben. Die Emissionen der Mischverbrennung
sind immer geringer als die der reinen Kohleverbrennung, solange mindestens ein Brennstoff zentral eingebracht
wird.
900
800
100% Kohle
TRIGES65.ORG
NOx (ppm bei 6% O2)
700
600
500
400
300
200
100% Triti
Triti außen-Kohle Mitte
Triti Mitte-Kohle außen
Kohle Mitte-Kohle außen
100% Kohle
100% Triti
100
0 20 40 60 80 100
Anteil Brennstoff N zentral eingeblasen (%)
Abb. 58: NO x-Emissionen in Abhängigkeit des zentral eingebrachten Brennstoff-Stickstoffs
74

5.2.3.2.2 NOx-Minderung durch Luftstufung im Feuerraum
Eine sehr effektive Möglichkeit zur NO x-Minderung stellt die Luftstufung im Feuerraum dar. Dabei wird
nicht die gesamte zur Verbrennung notwendige Luft als Sekundärluft über den Brenner zugegeben,
sondern ein Teil über eine Luftlanze als Tertiärluft in den Brennraum geblasen. In der ganzen Primärverbrennungszone
ergeben sich somit unterstöchiometrische Verbrennungsbedingungen. Durch die Zugabe
der Ausbrandluft wird die Gesamtluftzahl auf 1,2 eingestellt. Die Luftstufung im Feuerraum ist in Abbildung
59 schematisch dargestellt.
Durch den Luftmangel in der Primärverbrennungszone wird vermehrt Brennstoffstickstoff zu molekularem
Stickstoff reduziert, und es entsteht weniger NO x. In Abbildung 60 sind die NO x-Emissionen von
luftgestuften 25 %igen Fichtenflammen (75 % Kohle) in Abhängigkeit von der Luftzahl in der Primärverbrennungszone
in Kombination mit der Brennerkonfiguration dargestellt.
Die Werte bei Lambda 1,2 entsprechen den ungestuften 25 % Flammen, die bereits in Abbildung 56
dargestellt sind. Mit größerem Luftmangel in der Primärverbrennungszone nehmen die Stickoxidemissionen
ab. Auch die Differenz der Emissionen der drei Konfigurationen nimmt bei kleiner werdenden Luftzahlen
in der Primärzone ab. Ab einem Lambda von 1 treffen die Kurven aufeinander, bei noch stärkerer
Luftstufung unterscheiden sich die Stickoxidemissionen der Brennerkonfigurationen nicht mehr. Dies läßt
sich dadurch erklären, daß ab Lambda kleiner 1 der gesamte Brennstoff, nicht nur der durch das zentrale
Rohr in die innere Rezirkulationszone eingeblasene Brennstoff, zunächst in eine Luftmangelzone gelangt.
Biomasse + Primärluft
Kohle + Primärluft
Sekundärluft
Luftzahl

NO x
in ppm bei 6 % O 2
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
Fichte (0,1% N) Außen
Fichte (0,1% N) Mitte
Fichte (0,1% N) Preblend
Gb 5.94 Preblend
0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3
l prim
Abb. 60: NO x-Emissionen bei Luftstufung im Feuerraum
800
NOx (ppm bei 6% O2)
600
400
200
Fichte 0,1% N
Pappel 0,34% N
Stroh 0,46% N
0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3
Luftzahl der Reduktionszone
Abb. 61:
NO x-Emissionen bei reiner Biomassefeuerung
76

Auch reine Biomasseflammen wurden auf ihr NO x-Minderungspotential durch Luftstufung im Feuerraum
untersucht. Es wurden die Biomassen Fichte, Pappel und Stroh eingesetzt. Die drei Biomassen haben der
Reihenfolge nach steigende Stickstoffgehalte. In Abbildung 61 sind die NO x-Emissionen über der Luftzahl
Lambda in der Reduktionszone dargestellt. Man erkennt beim Stroh als dem stickstoffreichsten
dieser drei Brennstoffe bei Lambda im Bereich um 1,2 die höchsten Stickoxidemissionen, die jedoch mit
kleiner werdendem Lambda stark abnehmen. Die Fichte hat in jedem Fall die niedrigsten Emissionen, die
sich auch von der Luftzahl nicht mehr beeinflußen lassen. Bei einer einfachen Gasflamme (nicht optimiert)
liegen die Stickoxidwerte in der gleichen Größenordnung wie bei dieser Fichtenflamme. Die
Pappelverbrennung verursacht NO x-Emissionen, die zwischen denen der Fichte und der Strohfeuerung
liegen.
5.2.3.3 SO2-Emissionen
Durch den im Vergleich zur Kohle sehr geringen Schwefelgehalt der Biomassen sind für zunehmende
Biomasseanteile im Brennstoffmix abnehmende SO 2-Emissionen zu erwarten. Dies konnte durch
Messungen auch bestätigt werden. In Abbildung 62 sind die Schwefeldioxidemissionen bei der
Mitverbrennung von Ganzpflanzen mit Steinkohle dargestellt, in Ab-bildung 63 für die Mitverbrennung
von Hölzern. Für alle Ganzpflanzen und Hölzer nehmen die SO 2-Emissionen mit zunehmenden Biomasseanteilen
ab. Die Hauptunterschiede sind in den Grundemissionen der einzelnen Kohleflammen zu
sehen. Dies liegt an den Schwefelgehalten der verschiedenen Kohlechargen. Es handelt sich zwar immer
um Saarkohle aus der Zeche Göttelborn, doch auch hier schwanken die Inhaltstoffe etwas.
2200
SO 2
bei 6% O 2
(mg/m 3 )
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Hanf
Triti Mitte Gb 10/95 1,0% S
Triti Außen
TriKo Außen
EG
WG Gb 12/94 1,3% S
Ha Gb 12/94 1,3% S
HA2 Gb12/93 1,0% S
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Anteil Biomasse in % thermisch
Abb. 62: SO 2-Emissionen bei der Mitverbrennung von Ganzpflanzen
Bei den reinen Holzflammen liegen die SO 2-Emissionen unter 50 mg/m³, der Schwefelgehalt im Brennstoff
ist hierbei mit rund 0,05 Gew% auch sehr gering und an der unteren Nachweisgrenze. Die 100 %-
Ganzpflanzenflammen liegen in ihren Emissionen unter 100 mg/m³. Dies ist durch den im Vergleich zu
Holz höheren Schwefelgehalt von 0,1 - 0,2 Gew% zu erklären. Die Winter-gerstenflamme liegt mit 150
mg/m³ SO 2 etwas über den übrigen Werten. Die SO 2-Emissionen nahmen bei dieser Flamme über der
Zeit jedoch noch ab. D.h. die Flamme wurde nicht lange genug gefahren, so daß sich die endgültigen SO 2-
77

Werte eingestellt hätten. Grund für dieses zeitlich verzögerte Abfallen der Schwefelemissionen liegt in der
Speicherwirkung der an der Ausmauerung der Brennkammer anhaftenden Schlacken.
SO 2
bei 6% O 2
(mg/m 3 )
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
SO2HOLZ.ORG
Fichte außen Gb5/94 0,91
Fichte mitte
Fichte preblend
Pappel üb. Brenner Gb5/94 0,91
Pappel üb Lanze
Buche 2 Gb5/94 0,91
Buche 4
Eiche Gb 12/94 1,3% S
Weide Gb 12/93 1,03% S
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Anteil Biomasse in % thermisch
Abb. 63: SO 2-Emissionen bei der Mitverbrennung von holzartigen Biomassen
100
SO2KOHO.ORG
Schwefelkonversionsrate in %
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Pappel 0,05 - Gb 0,9% S
Fichte 0,01 - Gb 0,9% S
Eiche 0,01 - Gb 1,3% S
Weide 0,07 - Gb 1,03% S
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Anteil Biomasse in % thermisch
Abb. 64: Schwefelkonversionsrate bei Biomasse-Kohle-Mischfeuerung
78

In den Abbildungen 62 und 63 sind sowohl die Flammen mit unterschiedlichen Brennerkonfigurationen,
als auch die Eindüsevarianten dargestellt. Diese haben jedoch auf die SO 2-Emissionen keinen Einfluß.
Wie bereits angeführt, liegt die Abnahme der SO 2-Emissionen bei der Mitverbrennung zum einen am
geringeren Schwefeleintrag durch die Brennstoffmischung. Zum anderen besitzt die Biomasse durch ihren
Kalziumgehalt die Fähigkeit, Schwefel in der Asche zu binden. Dies vermindert die Schwefeldioxidemission
zusätzlich.
In Abbildung 64 ist die Schwefelkonversionsrate über dem Biomasseanteil dargestellt. Die Konversionsrate
beschreibt das Verhältnis aus der tatsächlichen SO 2-Emission zu der durch die Brennstoffe aus dem
Schwefeleintrag maximal möglichen Emission. Der unterschiedliche Schwefelgehalt der Mischungen ist
also herausgerechnet. Die Konversionsrate ist bei Kohlen mit niedrigem Schwefelgehalt üblicherweise
größer als bei hohen Schwefelgehalten. Es wurden drei unterschiedliche Kohlechargen mit Schwefelgehalten
von 0,9 - 1,3 % zur Mitverbrennung verwendet. Bei der reinen Kohleverbrennung (in der Abbildung
ganz links bei 0 % Biomasse) weisen die Kohlen mit niedrigerem Schwefelgehalt auch hier höhere
Konversionsraten auf.
Durch die Zumischung der Biomassen wird der Gesamtschwefelgehalt des Brennstoffes herabgesetzt.
Die Konversionsraten steigen jedoch nicht wie bei der reinen Kohleverbrennung an, sondern sinken. Aus
der sinkenden Konversionsrate erkennt man, daß weniger SO 2 emittiert wird, als aus dem Schwefel-Input
zu erwarten wäre. Bei den reinen Biomasseflammen (ganz rechts im Schaubild) ist wieder die Tendenz für
höhere Konversionsraten mit niedrigem Brennstoffschwefelgehalt gegeben. Hier muß jedoch einschränkend
gesagt werden, daß größere Streuungen aufgrund von Meßfehlern auftreten können. Zum einen
befindet man sich in der Nähe der unteren Nachweisgrenze für den Schwefelgehalt des Brennstoffes, zum
anderen ist man an der unteren Meßgrenze des Emissionsmeßgerätes für SO 2. Beide Werte gehen in die
Berechnung der Konversionsrate ein.
5.2.3.4 Einordnung der Emissionen in bestehende Grenzwerte
Bei der Einordnung der Emissionen in die momentan gültigen Grenzwerte muß nach der reinen Biomasseverbrennung
und der Mitverbrennung unterschieden werden. Für die Mitverbrennung von Regelbrennstoffen
in Kohlekraftwerken sind die Emissionsgrenzwerte in der 13. BImSchV geregelt. Diese
unterscheidet zwischen Anlagen mit 50 - 300 MW thermischer Feuerungsleistung und Anlagen größer als
300 MW. Eine Zusammenstellung der Emissionsgrenzwerte für alle Brennstoffe und Feuerungsleistungen
ist in Tabelle 24 dargestellt.
Durch die Mitverbrennung von Regelbrennstoffen ändern sich die Emissionsgrenzwerte nach der
13. BImSchV nicht. Der Bezugssauerstoffgehalt beträgt für eine Trockenstaubfeuerung 6 %, darum
wurden alle Messwerte auf diesen Bezugswert umgerechnet. Für die Wirbelschichtfeuerung beträgt der
Bezugswert 7 %. Bei den Versuchen zur Wirbelschichtfeuerung sind die Emissionsgrenzwerte gleich in
die Schaubilder der Versuchergebnisse mit eingetragen und sollen hier nicht weiter diskutiert werden. Die
Grenzwerte für Anlagen kleiner bzw. größer 300 MW Feuerungswärmeleistung unterscheiden sich bei den
Stickoxiden, beim Chlor- und beim Fluorwasserstoff.
Bei der Beurteilung und Einordnung der gemessenen Emissionswerte mit den Grenzwerten bei der Mitverbrennung
in Kraftwerken ist zu beachten, daß diese Anlagen fast ausschließlich mit Rauchgasreinigungssystemen
zur Entstaubung, Entstickung und Entschwefelung ausgerüstet sind.
Die Höhe der CO-Emissionen kann durch nachgeschaltete Anlagen nicht beeinflußt werden. Diese sind
durch eine ausreichend feine Ausmahlung und somit einem schnellen Ausbrand zu beeinflussen. Bei kleinen
Biomasseanteilen bis ca. 20 % konnte bei den Versuchen gezeigt werden, daß die CO-Emissionen
problemlos unter dem Grenzwert von 250 mg/m³ gehalten werden können.
Wie bei den Verbrennungsversuchen gezeigt wurde, erhöhen sich die NO x- und SO 2-Werte bei der Mitverbrennung
nicht. Dagegen kann bei der Mitverbrennung von Halmpflanzen die HCl-Emission nach
Kessel ansteigen. Die Salzsäure (HCl) läßt sich jedoch bei einem vorhandenen Naßwäscher in der Rauchgasentschwefelungsanlage
problemlos herauswaschen.
79

Genauso wichtig wie die Höhe der Rohemissionen aus dem Kessel sind die Inhaltstoffe der Aschen, die
auf den Betrieb der Feuerungsanlage und der nachgeschalteten Rauchgasreinigungssysteme Einfluß
haben. Details hierüber sind bei SIEGLE (1997) nachzulesen.
Die reine Biomasseverbrennung in Staubfeuerungen wird in Leistungsbereichen von 1 - 50 MW thermischer
Leistung stattfinden. Für kleinere Leistungen ist die Staubfeuerungstechnik aufgrund ihrer Komplexität
kaum wirtschaftlich, größere Leistungseinheiten erfordern entsprechende Abnehmer der erzeugten
Wärmemenge; beim Strom kann momentan davon ausgegangen werden, daß er über das Einspeisegesetz
abgesetzt wird. Zum anderen muß für Anlagen großer Leistung ein entsprechender logistischer Aufwand
zur Brennstoffversorgung betrieben werden, und je nach Biomasseanfall der umliegenden Region müssen
auch größere Transportstrecken in Kauf genommen werden. Für die weitere Diskussion der Emissionsgrenzwerte
wird von Anlagengrößen zwischen 1 und 50 MW Feuerungsleistung ausgegangen.
Bei der Monoverbrennung kann nicht mit der Nutzung vorhandener Rauchgasreinigungssysteme gerechnet
werden. Sie wird speziell für die Biomassen gebaut werden, wodurch die Rohemissionen des Kessels
maßgeblich für die Erforderlichkeit von Rauchgasreinigungssystemen verantwortlich sind. Man wird
daher besonderes Augenmerk auf niedrige Rohemissionen richten.
Für Anlagen in dieser Leistungsklasse sind die Grenzwerte der TA-Luft heranzuziehen. Für Brennstoffe
wie Stroh und Holz wird hier ein Bezugssauerstoffgehalt von 11 % vorgegeben. Da eine kontinuierlich
betriebene Staubfeuerung jedoch kaum bei 11 % O 2 betrieben wird, und eine Verdünnungsrechnung nicht
statthaft ist, sind bei den Verbrennungsversuchen auch die reinen Biomasseflammen für einen
Sauerstoffgehalt von 6 % angegeben.
Die Emissionsgrenzwerte liegen für Anlagen bis 5 MW für Staub bei 150 mg/m³, über 5 MW bei
50 mg/m³. Staubkonzentrationsmessungen wurden bei den Verbrennungsversuchen nicht durchgeführt.
Naturgemäß liegen die Staubkonzentrationen im Rohgas einer Staubfeuerung über diesen Werten. Es ist
in jedem Fall eine Entstaubungseinrichtung erforderlich. Diese kann als Einfach- oder Multizyklonanlage,
als Elektrofilter oder als Gewebefilter ausgeführt sein, wobei beim letzteren aufgrund der Brandgefahr
Funkenflug in den Filter sicher verhindert werden muß. Der CO-Grenzwert liegt für alle hier betrachteten
Anlagengrößen bei 250 mg/m³, bei Anlagen mit weniger als 2,5 MW Feuerungswärmeleistung muß dieser
Wert jedoch nur bei Nennlast eingehalten werden. Durch die entsprechende Aufbereitung des Brennstoffes
kann dieser Grenzwert problemlos eingehalten werden.
Für Stickoxide gilt bei der Staubfeuerung nach TA-Luft ein Grenzwert von 500 mg/m³, sofern nicht
mehrere Anlagen zusammengeschaltet werden, in diesem Fall gilt der Grenzwert von 400 mg/m³. Durch
feuerungstechnische Maßnahmen, wie der Luftstufung im Feuerraum, können bei der reinen Biomasseverbrennung
auch beim relativ stickstoffreichen Stroh NO x-Werte von 200 ppm entsprechend 400
mg/m³ (Umrechnungsfaktor von ppm nach mg/m³: ppm x 2,05) erreicht werden. Die stickstoffärmeren
Holzbrennstoffe liegen in ihren NO x-Werten niedriger. Durch entsprechende primärseitige feuerungstechnische
Maßnahmen lassen sich die Verbrennungsbedingungen so weit beeinflussen, daß die Vorgaben
der TA-Luft auch ohne rauchgasseitige Entstickung eingehalten werden können.
Die SO 2- Grenzwerte der TA-Luft liegen bei 2000, ab 20 MW Feuerungsleistung bei 1000 mg/m³. Durch
den geringen Schwefelgehalt der Biomassen, so konnte bei den Verbrennungsversuchen gezeigt werden,
sind die SO 2-Emissionen bei allen untersuchten Biomassen weit unter den Grenzwerten.
In der TA-Luft ist weiterhin ein Grenzwert für Gesamtkohlenstoff von 50 mg/m³ angegeben. In den
Untersuchungen konnten bisher jedoch keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe am Ende der Brennkammer
nachgewiesen werden.
Für Salzsäure (HCl) bestehen für ausschließlich mit unbehandelten Hölzern oder mit Stroh befeuerten
Anlagen in der TA-Luft keine Emissionsbeschränkungen. Ganzpflanzen sind jedoch nicht als Regelbrennstoff
in der TA-Luft aufgeführt. Daher kommt Absatz 3.1.6 der Vorschrift hier zum Ansatz. Bei
einer HCl-Fracht von größer oder gleich 0,3 kg/h muß ein Grenzwert von 30 mg/m³ eingehalten werden.
80

1. BImSchV

Anmerkungen zu Emissionsgrenzwerten (s. Tab. 24):
/1/ - Keine Holzschutzmittel , keine Beschichtungen mit halogenorganischen Verbindungen
/2/ -

Dies ist nur mit einer sekundären Rauchgasreinigung entweder durch Trockensorption oder durch einen
Naßwäscher möglich. Bei gemessenen Chlorgehalten der Ganzpflanzen von 0,1 - 0,17 g Cl/MJ und einer
angenommenen vollständigen Konversion des Chlors zu HCl ist ab einer Anlagengröße von 0,5 MW
thermischer Leistung mit einer Überschreitung der HCl-Fracht zu rechnen, d.h., für die hier betrachteten
Anlagen größer 1 MW Feuerungsleistung muß der Grenzwert mit großer Wahrscheinlichkeit herangezogen
und eine Chlorabscheidung installiert werden.
Der Ausschluß der Ganzpflanzen von den Regelbrennstoffen erscheint im Zusammenhang mit der HCl-
Emission nicht besonders sinnvoll zu sein, da bei den Brennstoffanalysen gezeigt wurde, daß Ganzpflanzen
geringere Chlorgehalte aufweisen als das Stroh. Es ist jedoch zu beachten, daß die Grenzwerte in der
TA-Luft Mindestgrenzwerte darstellen, die von der genehmigenden Behörde in der Regel verschärft
werden. Es kann daher davon ausgegangen werden, daß auch reine Strohfeuerungen diesen Grenzwert
auferlegt bekommen und den Ganzpflanzen kein wirtschaftlicher Nachteil daraus entsteht.
Die Grenzwerte nach TA-Luft können somit bei der reinen Biomasseverbrennung in einer Staubfeuerung
durch die Anwendung von feuerungstechnischen, primären Stickoxidminderungsmaßnahmen, Zugabe
von Kalk zur Adsorption von Chlorverbindungen bei der Stroh- und Getreideganzpflanzenverbrennung
sowie einer Rauchgasentstaubung eingehalten werden.
83

5.2.4 Biomasseverbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung
Neben der Staubfeuerung ist die Wirbelschichtverbrennung die am weitesten verbreitete Technik zur
Energieerzeugung aus Festbrennstoffen. Die energetische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen in der
Wirbelschichtfeuerung stellt daher auch ein sinnvolles Anwendungsgebiet dieser Technik dar. Bei den
nachfolgend beschriebenen Untersuchungen sollen die Machbarkeit und die vielversprechenden
Möglichkeiten der Biomasseverbrennung in der Wirbelschicht grob aufgezeigt werden. Detaillierte
Untersuchungen mit Parameterstudien wurden im Rahmen dieses Projektes nicht durchgeführt.
Entsprechende Untersuchungen müssen in einer separaten Studie erfolgen.
Schauglas
Freeboard
D = 135 mm
Filter
Stutzen für Druck/
Temperaturmessung
und für Sekundärluftzugabe
Zyklon
5 Heizzonen
mit je 3,8 kW
2 Kühlzonen
mit je 3 kW
Reaktionsrohr D = 108 mm
Brennstoffzufuhrstutzen
Gasverteilerboden
Luftvorwärmer
Bettmaterialabzug
Abb. 65: Hauptkomponenten der Wirbelschichtanlage
Die Abbildung 65 zeigt die Gesamtansicht der stationären Wirbelschichtversuchsanlage ELWIRA (elektrisch
beheizte Wirbelschicht Anlage) des IVD Stuttgart: In Tabelle 25 sind die Betriebsdaten ersichtlich. Der
Feuerraum wird von einem hochtemperaturbeständigen Stahlrohr mit einem Durchmesser von 110 mm
gebildet. Zur Kompensation von Wärmeverlusten und zur Aufheizung der Anlage dient eine elektrische
Beheizung, mit der die Rohrtemperatur in fünf getrennten Heizzonen auf maximal 950 °C eingestellt werden
kann. Die Gesamthöhe der Anlage beträgt 3 Meter. Eine Vielzahl von Stutzen entlang des Feuerraumes
ermöglicht die Zugabe von Sekundär- und Tertiärluft sowie die Messung von Drücken, Temperaturen und
Gaskonzentrationen. Zur Staubabscheidung dient ein Zyklon. Der Feinstaub wird in einem hinter dem
Zyklon angeordneten Keramikfilter abgeschieden. Zyklonasche und Filterasche werden jeweils in
Probenbehältern gesammelt und können auf unverbrannten Kohlenstoff untersucht werden. Die Messung
der Abgaskonzentration erfolgt hinter dem Zyklon. Ein Teilstrom des Rauchgases wird dazu den Online-
Meßgeräten zugeführt. Gemessen werden die Konzentrationen von O 2, CO, CO 2, SO 2, NO x sowie N 2O.
Die Brennstoffdosierung erfolgt mittels eines Schneckenförderes. Eine weitere Schnecke transportiert den
Brennstoff in die Anlage. Dabei kann sowohl unter als auch auf das Bett gefördert werden. In Tabelle 26
sind die wichtigsten Betriebsparameter zusammengefaßt.
84

Tab. 25: Betriebsdaten der Wirbelschichtanlage des IVD Stuttgart
Typ
Thermische Leistung
Brennstoffmassenstrom
Kohlen
Biomassen
Fluidisierungsgeschwindigkeit
Gasverweilzeit bis Zyklon
Bettmaterial
Betthöhe
stationäre atmosphärische Wirbelschicht
3 - 15 kW
0,5 - 2 kg/h
1 - 4 kg/h
0,4 - 1,2 m/s
2 - 6 s
Quarzsand 0,2 - 1,2 mm
0,3 - 0,7 m
In einer Versuchsreihe wurde die Verbrennung der Biomassen Buchenholz, Winterraps- und
Wintergersteganzpflanzen sowie von gepreßten Strohpellets in der Wirbelschicht untersucht. Die drei
erstgenannten wurden in drei unterschiedlich feinen Aufmahlungen bei verschiedenen Luftüberschüssen
verbrannt. Außerdem wurde das Verhältnis von Primär- zu Sekundärluft (bzw. Tertiärluft) optimiert. Die
Tabelle 26 enthält die Versuchsparameter der durchgeführten Experimente.
Tab. 26: Parameter der durchgeführten Versuche in der Wirbelschichtfeuerung
Brennstoffe
Buche
Winterraps
Wintergerste
Strohpellets
Massenstrom 1,2 kg/h 1,2 kg/h
Aufmahlungen 2,5 / 4 / 6 mm Pellets d = 10 mm
Luftüberschuß 1,2 - 1,6 2,0
Verhältnis Primär/
Sekundärluft
1/0 , 1/1, 1/2 1/2
Die Versuche haben gezeigt, daß sich Biomassen in der Wirbelschicht mit sehr niedrigen Emissionen
verbrennen lassen. Die Abbildung 66 zeigt die Emissionen von Kohlenmonoxid und von Stickoxiden in
Abhängigkeit des Luftüberschusses bei der Verbrennung von Buche. Es zeigt sich eine sehr starke Abnahme
der CO-Emissionen mit zunehmender Luftzahl. Bereits ein Luftüberschuß von λ = 1,25 reicht aus, um die
Grenzwerte der TA Luft einzuhalten. Für die Stickoxidemissionen, die insgesamt auf sehr niedrigem Niveau
liegen, ergibt sich mit zunehmender Luftzahl nur ein mäßiger Anstieg.
DieGrenzwerte werden in allen Fällen deutlich unterschritten. Schwefeldioxid-Emissionen treten bei
der Verbrennung von Buche in der Wirbelschicht nicht auf. Der im Holz in geringen Mengen vorhandene
Schwefel wird vollständig in die Asche eingebunden. Die gemessenen Emissionen von N 2O lagen im Bereich
von wenigen ppm und sind im Rahmen der Meßgenauigkeit zu vernachlässigen.
Die Abbildung 67 zeigt einen Vergleich der Emissionen von Buchenholz bei unterschiedlich feiner
Aufmahlung. Bei einer Aufmahlung mit dem 6 mm-Sieb wird der Grenzwert für CO bei einem
Luftüberschuß von 1,2 überschritten. Bereits bei dem 4 mm-Sieb wird der Grenzwert eingehalten. Eine noch
feinere Aufmahlung bewirkt eine weitere deutliche Abnahme der CO-Emissionen. Die Stickoxidemissionen
bleiben dabei weitgehend unbeeinflußt.
85

Buche 6mm
[mg/m 3 ] bezogen auf 7% O 2
400
300
200
100
Grenzwert für CO nach TA Luft
NOx
CO
0
1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50
Luftüberschuß
Abb. 66: Einfluß des Luftüberschusses auf CO- und NO x-Emissionen bei der Verbrennung von
Buchenholz
In Abbildung 68 sind die Emissionen bei jeweils optimalen Einstellungen für die eingesetzten Biomassen
verglichen. Die Emissionen von Kohlenmonoxid liegen für die drei Brennstoffe Buche, Raps- und Gersten-
400
Buche, Lambda 1.2
Konzentration in ppm
300
200
100
CO
NO x
0
2,5 mm 4,0 mm 6,0 mm
Aufmahlung
Abb. 67: Einfluß der aufmahlung auf die Emissionen
86

Vergleich der Brennstoffe
CO, NOx in ppm, SO 2
in mg/m 3
600
500
400
300
200
100
CO
NO x
SO 2
0
Buche Winterraps Wintergerste Strohpellets
Abb. 68: Vergleich der Emissionen der untersuchten Biomassen
ganzpflanze sehr niedrig. Für die Strohpellets hingegen konnte auch bei hohem Luftüberschuß (Lambda = 2)
keine befriedigende Verbrennung erzielt werden. Die Stickoxidemissionen liegen für alle Brennstoffe auf
demselben Niveau und zeigen eine leichte gegenläufige Abhängigkeit von der CO-Konzentration. Aufgrund
des höheren Schwefelgehalts von Winterraps und Wintergerste (geringfügig auch bei Stroh) treten
Emissionen von SO 2 auf, die eine Beimischung von Kalkstein erforderlich machen. Versuche wurden hierzu
nicht durchgeführt.
87

5.2.5 Wirtschaftliche Betrachtungen der Mitverbrennung von Biomasse in Kohlekraftwerken
Die Mitverbrennung von Biomasse in Steinkohlekraftwerken wird nicht nur wegen der möglichen
schnellen Realisierung, sondern auch wegen den voraussichtlich geringeren Investitionskosten bei der
Umrüstung vorhandener Kraftwerke im Vergleich zu rein mit Biomasse befeuerten Anlagen favorisiert.
Eine gute Abschätzung der Wirtschaftlichkeit der Mitverbrennung von Biomasse läßt sich aus einer konkreten
Machbarkeitsstudie zu einem bestehenden Steinkohlekraftwerk mit 700 MW el in Baden-Württemberg
ableiten (SIEGLE et al., 1996).
Bei der Studie wurde das Potential der Biomassen Stroh, Wald- und Industrierestholz, Altholz, feste
organische Abfälle aus Haushalten etc. und Straßenbegleitgrün im Umkreis von 50 km um das Kraftwerk
abgeschätzt. Zur Mitverbrennung im Kraftwerk wurden die beiden Biomassen mit hohem erschließbarem
Aufkommen - Waldrestholz und Stroh - hinsichtlich Bereitstellungs-verfahren untersucht und es wurden
Logistikkonzepte erstellt. Mit dem verfügbaren Potential an Waldrestholz und Stroh ließen sich im vorliegenden
Fall bei Vollast 8 % der thermischen Feuerwärmeleistung des Kraftwerkes erzeugen.
Die Kosten der Biomassebereitstellung frei Kraftwerk resultieren nach SONTOW et al. (1996) aus den
Verfahrensabschnitten Ernte, Lagerung und Transport. Sie hängen wesentlich von den eingesetzten
Techniken und den unterstellten Verfahrensabläufen ab. Da sie wiederum einen großen Anteil der
Gesamtkosten für die Biomassezufeuerung stellen, entscheiden sie u.a. über die Wirtschaftlichkeit und
Durchführbarkeit der Zufeuerung.
Die Tabelle 27 zeigt die bei den untersuchten Bereitstellungsketten anfallenden Kosten der für die Zufeuerung
betrachteten Biomassefraktionen. Waldhackschnitzel werden unterteilt in Hackschnitzel aus
Waldrestholz, aus Durchforstungen sehr junger Bestände (Erstdurchforstungen - Bestandesalter ca. 30
Jahre) und aus Durchforstungen älterer Bestände (Zweitdurchforstungen - Bestandesalter ca. 60 Jahre).
Tab. 27: Kosten der Biomassebereitstellung frei Kraftwerk (nach Kaltschmitt et al., 1996)
Aufkommen
t atro/a
Bereitstellung
DM/t atro
Lagerung
DM/t atro
Transport
DM/t atro
Summe
DM/t atro
Waldrestholz 65 000 200 0 38 238
Erstdurchforstung 29 000 146 0 38 184
Zweitdurchforstung 18 000 99 0 38 137
Stroh 100 000 110 9 40 159
Bei einer Biomassezufeuerung in Höhe von 8 % der thermischen Leistung, die jeweils zur Hälfte durch
Holz und Stroh realisiert werden soll, ergeben sich bei einer Liefermenge von 121 000 t atro/a mittlere
Bereitstellungskosten für Waldhackschnitzel von 179 DM/t atro und für Stroh von 159 DM/t atro. Damit
liegen die mittleren Brennstoffkosten von 53 600 t atro/a Holz und 67 200 t atro/a Stroh bei rund
167 DM/t atro.
Eine Biomassezufeuerung in einer Kohlenstaubfeuerung kann sich potentiell in der Abnutzung der Verbrennungsanlage
und der Rauchgasreinigung auswirken. Davon ausgehend wurden in der Machbarkeitsstudie
Konzepte für die notwendigen Biomasseaufbereitungsanlagen und die entsprechenden
Umrüstungsmaßnahmen an der Kohlenstaubfeuerung erstellt, um die voraussichtlichen Investitionskosten
einer Umrüstung ableiten zu können. Als vorteilhafte Technik der Mitverbrennung erwies sich das
Einblasen in den Brenner über 4 der insgesamt 8 Ölbrennerlanzen. Dies bedingt eine entsprechende Aufbereitung
der Biomasse mittels Hammermühle und entsprechende Fördertechniken. Bei einer Biomassezufeuerung
in der untersuchten Anlage von weniger als 10 % der eingesetzten Brennstoffenergie ist nach
SONTOW et al. (1996) aus gegenwärtiger Sicht ohne über das gewohnte Maß hinausgehende Verschleißerscheinungen
an der Anlage möglich. Bei einer Biomassezusammensetzung von jeweils rund 50 % Holz
und Stroh gleichen sich die in die Feuerungsanlage eingebrachten Problemstoffe wie z.B. Chlor soweit
aus, daß sie letztlich innerhalb einer Bandbreite liegen, wie sie auch von der eingesetzten Steinkohle her
bekannt ist.
88

Aus den notwendigen Umrüstungen auf die Mitverbrennung von je 20 t roh/h Holz und Stroh resultieren
bei dem untersuchten Kraftwerk Bruttoinvestitionen von insgesamt 23,4 Mio. DM (s. Tab. 28). Werden
zu den daraus resultierenden jährlichen Kapitaldienstkosten die Betriebskosten (Wartungs-, Reparatur-,
Personal- und Energiekosten) addiert, erhält man jährliche Kosten für die Aufbereitung der Biomassen
von 2,1 Mio. DM/a bzw. 39 DM/t atro für Holz und von 3,0 Mio. DM/a bzw. 45 DM/t atro für Stroh.
Tab. 28: Kosten für die Mitverbrennung von Holz und Stroh (n. KALTSCHMITT et al., 1996)
Holz Stroh
Gesamte Bruttoinvestition 1 in TDM 9 039 14 325
Kapitaldienst der Bruttoinvestition in TDM/a 1 056 1 673
Wartung und Reparatur in TDM/a 340 510
Versicherung und Steuern in TDM/a 157 249
Personalkosten in TDM/a 160 160
Energiekosten in TDM/a 375 435
Gesamtkosten ohne Brennstoffkosten in 2 088 3 027
TDM/a
Gesamtkosten ohne Brennstoffkosten in
39 45
DM/t atro
1 inklusive Projektmanagement und Anlaufkosten
Für die hier angenommene Mitverbrennung von Biomasse mit 8 % der installierten thermischen Leistung
werden - wird von keiner Veränderung des Wirkungsgrades bei Biomassezufeuerung ausgegangen - auch
8 % der elektrischen Leistung durch Biomasse bereitgestellt. Damit sind die entstehenden Biomassekosten
auf 8 % der in der Anlage bereitgestellten elektrischen Energie zu beziehen.
Bei einer Gegenüberstellung der Stromgestehungskosten zeigt sich, daß die Strombereitstellung in einer
Einzelanlage zur Biomassefeuerung im Vergleich zu der Zufeuerung in einem Steinkohlekraftwerk sehr
viel höhere Kosten verursacht (s. Tab. 29). Sie belaufen sich bei der Zufeuerung auf rund 11,2 Pf/kWh,
während sie bei der hier unterstellten Einzelanlage mit 24,3 Pf/kWh fast doppelt so hoch liegen.
Tab. 29: Spezifische Kosten einer Biomassezufeuerung und einem Biomasseeinsatz in einer
Einzelanlage
Zufeuerung
Einzelanlage
jährliche Fixkosten
bezogen auf installierte thermische 28,7 TDM/MW th,inst 288 TDM/MW th,inst
Leistung
bezogen auf installierte elektrische 76,9 TDM/MW el, inst 993 TDM/MW el, inst
Leistung
Energiegestehungskosten
bezogen auf elektrische Arbeit 11,2 Pf/kWh 24,3 Pf/kWh
Die Zufeuerung von Biomasse in umgerüsteten Steinkohlekraftwerken ermöglicht damit im Vergleich zu
neuzubauenden, ausschließlich mit Biomasse gefeuerten Anlagen eine deutliche Senkung der Strombereitstellungskosten.
Dies liegt einerseits darin begründet, daß ein wesentlicher Teil der notwendigen Feuerungstechnik
bereits mit der Kohlefeuerung zur Verfügung steht und darüber auch abgeschrieben wird.
Andererseits wird eine Stromerzeugung ausschließlich aus Biomasse meist in Anlagen geringer installierter
Leistung realisiert; dies führt bei gleichzeitig geringerem mittleren Wirkungsgrad zu erheblich höheren
spezifischen Anlagen- und Betriebskosten im Vergleich zu einer Zufeuerung in vorhandenen Kohlekraftwerken.
Bei einem aus der zugefeuerten Biomasse resultierenden Stromaufkommen aus Biomasse von
226 GWh/a in der beschriebenen Anlage errechnen sich daraus Stromgestehungskosten von
11,2 Pf/kWh ohne Berücksichtigung der sowieso für den Betrieb des Kraftwerks anfallenden Kosten
(d. h. Anlagenabschreibung, Betriebskosten) und der möglichen Kosteneinsparungen (z. B. durch reduzierten
Kalksteineinsatz). Eine moderne Anlage zur Stromerzeugung ausschließlich aus Biomasse könnte
89

nach SONTOW et al. (1996) heute beispielsweise als Wirbelschichtfeuerung mit einer installierten thermischen
Leistung von 30 MW th und einer elektrischen Leistung von 8,7 MW el konzipiert werden. Dafür
wären derzeit rund 53,3 Mio. DM zu veranschlagen. Dies entspricht jährlichen Kapitalkosten von ca.
6 Mio. DM und inklusive Verbrauchskosten, Betriebskosten und sonstigen Aufwendungen jährlichen
Gesamtkosten ohne Brennstoffkosten von etwa 8,8 Mio. DM. Daraus ergeben sich mit den bisherigen
Brennstoffaufwendungen die bereits erwähnten Stromgestehungskosten von rund 24,3 Pf/kWh.
Da Biomasse im wesentlichen Importkohle substituieren würde, können auch die Mehrkosten gegenüber
einer (Import-)Kohleverstromung angegeben werden (s. Tab. 30). Sie liegen unter Berücksichtigung der
Kalksteinersparnis bei etwa 7,5 Pf/kWh. Daraus ergeben sich CO 2-Minderungskosten von rund 70 DM/t
CO 2. Umgekehrt würde dies einem Subventionsbedarf von rund 145 DM/t atro bei Holz und etwa
136 DM/t atro bei Stroh entsprechen. Bei der Einführung einer CO 2-Steuer in der Größenordnung von 50
- 100 DM/tCO 2, wie sie nach FLAIG und MOHR (1993) für möglich und sinnvoll gehalten wird, wäre die
Biomassemitverbrennung auch bei nachfragebedingten Preissteigerungen der Biomasse, wirtschaftlich.
Die momentane Biomasse-Preisgrenze für die Wirtschaftlichkeit liegt unter den dargestellten Voraussetzungen
bei ca. 100 DM/t roh.
Tab. 30: Mehrkosten im Vergleich zu Importkohle (nach KALTSCHMITT et al., 1996)
Holz
Stroh
Gesamtkosten der Mitverbrennung in TDM/a 11 682 13 712
Kohleersparnis in TDM/a (Importkohle 100 DM/t) -3 865 -4 545
Kalksteineinsparung in TDM/a (Kalkstein 30 DM/t) -38 -19
jährlicher Mehraufwand in TDM/a 7 779 9 148
zusätzliche Stromkosten in Pf/kWh el 7,5 7,5
Verglichen mit anderen Möglichkeiten der Biomassenutzung (Wärmebereitstellung in Kleinanlagen aus
Energiepflanzen im Vergleich zu Erdgas mit CO 2-Minderungskosten von bis zu 550 DM/t CO 2 (nach
BECHER et al.; 1995)) sind die Mehrkosten der Mitverbrennung wesentlich geringer. Im Vergleich dazu
sind die CO 2-Minderungskosten bei der Stromerzeugung mit Photovoltaik mit bis zu 3 700 DM/t CO 2
bzw. 260 DM/t CO 2 bei der windtechnischen Bereitstellung elektrischer Energie (WIESE und
KALTSCHMITT, 1994) wesentlich kostenungünstiger.
Damit stellt die Zufeuerung von Biomasse in Kohlekraftwerken nach SONTOW et al. (1996) durchaus eine
vielversprechende Möglichkeit der umweltschonenden Energieerzeugung dar, die im Gegensatz zu
anderen Optionen zur Nutzung regenerativer Energien technisch einfach und trotz allem kostengünstig
umsetzbar erscheint. Die mit der Zufeuerung notwendigerweise verbundenen Mehrkosten könnten dabei
im Rahmen von “Green Electricity”-Modellen, wie sie bereits von einigen Energie-Versorgungs-Unternehmen
in Deutschland angeboten werden, an den Verbraucher weitergegeben werden. Hier ist bei einigen
Verbrauchern durchaus die Bereitschaft erkennbar, für elektrische Energie aus regenerativen Energien
einen merklich über den gegenwärtigen Tarifen liegenden Preis zu zahlen. Im Vergleich beispielsweise zur
Photovoltaik ist hier die Biomasse “kosteneffizient”, d.h. pro zusätzlich eingesetzter Geldeinheit ist hier
eine vergleichsweise weitgehende Umweltentlastung realisierbar.
90

6 Zusammenfassung und Schlußfolgerungen
6.1 Eignung von Pflanzenarten und Schwachholz als Biomassefestbrennstoffe
Untersucht wurde die Eignung von insgesamt 17 Kulturarten als Energieganzpflanzen. Ergänzend hierzu wurden
bei den Betrachtungen zum Emissionsverhalten auch Durchforstungshölzer berücksichtigt. Von den 1994 - 96 in
Südwestdeutschland und dem Nordostelsaß angebauten Kulturarten sind folgende hinsichtlich eines hohen
Trockenmasseertrages von über 50 dt/ha für einen Energiepflanzenanbau unter den vorgefundenen regionalen
Bedingungen geeignet:
Bei den einjährigen Kulturen ragt die Hirse und der Hanf mit Ertragspotentialen von über 200 bzw. 150 dt TM/ha
heraus. Dem Hanf vergleichbar sind die gebildeten Erträge von Maisganzpflanzen, die damit auf etwas höherem
Ertragsniveau als die untersuchten Wintergetreideganzpflanzen liegen. Das Sommergetreide liegt mit seinen
Ganzpflanzenerträgen im Bereich zwischen 50 und 100 dt TM/ha und damit unter dem Niveau des
Wintergetreides. Bei diesem zeigt Wintertriticale das höhere Ertragspotential gegenüber Winterroggen und
Wintergerste. Winterweizen wurde aufgrund ethischer Bedenken in der Öffentlichkeit nicht in die Untersuchung
mit einbezogen. Die für den Getreideanbau weniger geeigneten Standorte der Rheinebene weisen im Vergleich
zum günstigeren Standort des Albvorlandes geringfügig niedrigere Ganzpflanzenerträge auf.
Bei den mehrjährigen Arten erreichen alle Arten im Schnitt der drei Untersuchungsjahre Trockenmasseerträge
über 50 dt/ha und Jahr. Beim einschürigen Gras mit im Schnitt knapp über 50 dt kann in 3 Nutzungsjahren ein
Ertragsrückgang festgestellt werden Demgegenüber ist beim Topinambur mit einem leicht höheren
Durchschnittsertrag kein kontinuierlicher Rückgang zu beobachten. Dem Topinambur überlegen sind die Weiden
aus Kurzumtriebsplantagen, die im Schnitt aller Standorte und Jahre zwischen 50 und 100 dt TM/ha und Jahr
liegen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß an den beiden unberegneten Standorten das Ertragsniveau zwischen 50
und 80 dt/ha lag, während an dem Beregnungsstandort die Erntemengen bis auf die letzte Nutzung deutlich über
100 dt/ha lagen. Die höchsten Erträge sind bei der Pappel unter Beregnung festzustellen; Miscanthus liegt
einschließlich erst 1995 beflanzten Flächen und eines Beregnungsstandortes zwischen Pappel und Weide. Unter
den beiden pedoklimatisch unterschiedlichen Standortbedingungen können mit den unterschiedlichen ein- und
mehrjährigen Kulturen Erträge von 50 bis 150 dt TM/ha Energieganzpflanzen erzielt werden.
Der für eine Mitverbrennung in Kohlekraftwerken wegen des Mahlvorganges und der Lagerung erforderlichen
niedrigen Wassergehaltes im Festbrennstoff kann bei den Kulturen Getreide, Hanf, Gras, Miscanthus und Weiden
ohne künstliche Trocknung durch entsprechende Ernteverfahren erreicht werden. Bei letzteren ist hierzu
allerdings eine Freilufttrocknung erforderlich. Hirse und Mais erreichen jedoch ohne künstliche Nachtrocknung
keine für eine längere Lagerung ausreichend niedrige Gutfeuchte. Für die Ernte sind in der Praxis vorhandene
Maschinen einsetzbar. Beim Getreide kann der Schwadleger plus Ballenpresse, beim Hanf Mähbalken und
Ballenpresse, beim Gras entsprechende Heuwendemaschinen, bei Miscanthus Feldhäcksler oder Mähwerk und
Ballenpresse und bei den Kurzumtriebshölzern reihenunabhängige Feldhäcksler (Umbauten) oder Motorsäge mit
anschließendem stationären Häcksler verwendet werden. Für eine längere Lagerung von Ballen mit
Getreideganzpflanzen empfiehlt sich das Unterbringen in überdachten Lagerstätten. Die Hölzer können dagegen
nach der Ernte ungeschützt im Freien gelagert werden, wo sie weiter abtrocknen.
Der geringste Energieaufwand zur Erzeugung von Festbrennstoffen wurde bei den Weiden festgestellt, wo das
24-fache der eingesetzten Energie gewonnen wurde. Ein ebenfalls günstiges Verhältnis von Energieinput zu -
output konnte bei Miscanthus festgestellt werden, der einen circa 19-fach höheren Energieertrag als -einsatz
bringt. Bei oberirdischem Topinamburaufwuchs, Getreideganzpflanzen, Hanf und Gras liegt der Energieertrag im
Bereich zwischen dem etwa 14- und 9-fachen des Energieaufwandes. Die Bilanz der einzelnen Kulturen wird
durch die Höhe des Trockenmasseertrages beeinflußt. Bei niedrigen Erträgen steigt der Energieaufwand relativ
an und ‘verschlechtert’ die Energieausbeute. Die relative Energiebilanz sagt aber nichts über die Höhe des
tatsächlichen Energiegewinns aus. Bei den Weiden mit der positivsten Bilanz der untersuchten Kulturen werden
bei 80 dt Trockenmasseertrag/ha umgerechnet etwa 4.000 Liter Heizöl je Hektar gewonnen. Bei Wintertriticale
mit einer weniger positiven Energiebilanz entspricht der Energiegewinn bei einem Ertrag von 130 dt/ha etwa
6.000 Liter Heizöl.
Hinsichtlich einer umweltgerechten Erzeugung von Energiepflanzen kann festgehalten werden, daß bei einer
reduzierten Intensität des Dünge- bzw. Pflanzenschutzmitteleinsatzes bei Getreideganzpflanzen sowie bei einem
kulturartbedingten geringen Betriebsmitteleinsatz bei mehrjährigen Kulturen ein positiver Effekt hinsichtlich der
Gefahr von Nährstoff- und Pflanzenschutzmittelausträgen zu erwarten ist. Je nach Kultur und Fruchtfolge kann
der Energiepflanzenanbau neben einer Humusanreicherung aber auch zum Humusabbau führen.
91

Für die Eignung von Energiepflanzen zur Verbrennung als Festbrennstoff in Kohlekraftwerken spielen die einen
Brennstoff charakterisierenden Inhaltsstoffe eine entscheidende Rolle. Der Brennwert der untersuchten
Biomassen liegt bei Holz, Stroh, Ganzpflanzen und Korn (mit Ausnahme der Ölsaaten) etwa um ein Viertel bis
ein Drittel unter dem der Steinkohle. Entscheidend für die Emissionen von NO x , SO 2 und HCl sind die
Inhaltsstoffe Stickstoff, Schwefel und Chlor. Letzteres ist auch wegen zusätzlicher Korrosion der
Verbrennungsanlage unerwünscht. In Bezug auf den Stickstoffgehalt liegen die einjährigen Energieganzpflanzen
mit Ausnahme von Hanf über dem Gehalt der Steinkohle (bezogen auf die Energieeinheit). Die mehrjährig
angebauten Kulturarten liegen, ausgenommen die Gräser, unter den Werten der Steinkohle. Die
Durchforstungshölzer haben im Vergleich zu Steinkohle sehr geringe Stickstoffgehalte. Lediglich das untersuchte
Fichtenreisig erreicht Werte wie Wintergerste oder Winterroggen. Beim Schwefelgehalt weisen die Biomassen
(außer Raps) eine etwa fünf- bis zwölffach geringere Konzentration als die Steinkohle auf. Die Gehalte an Chlor
waren bei den untersuchten Energiepflanzen im Durchschnitt deutlich über denen der Steinkohle. Eine Abstufung
in Bezug auf unerwünschten Chlorgehalt kann in der Reihenfolge Waldholz, Kurzumtriebsholz, Körner (Raps,
Getreide etc.), ‘Faserpflanzen’ (Hanf, Kenaf, Topinambur, Miscanthus), Getreideganzpflanzen, Getreidestroh
und Süßgräser erfolgen. Lediglich die Waldresthölzer sowie die Pappel aus Kurzumtriebsplantagen sind
chlorärmer als Kohle. Vergleichbar mit Kohle ist ebenfalls der Hanf. Die übrigen Kulturen weisen eine hohe
Spanne in ihrer Chlorkonzentration auf, die bei den unteren Werten im Bereich der Kohle liegen. Bei den
Höchstwerten kann der Chlorgehalt der Steinkohle um ein Vielfaches übertroffen werden.
Bei der Betrachtung der Kosten für die Bereitstellung der Biomassen wird vor allem der Einfluß des
Ertragsniveaus deutlich. Beim Anbau von den hier beispielhaft genannten Wintertriticaleganzpflanzen und einem
mittleren Ertragsniveau von 108 dt TM/ha muß bei den unterstellten Bedingungen die Dezitonne Trockenmasse
frei Kraftwerk mindestens einen Erzeugerpreis von 13 DM erbringen, um dem Landwirt einen Anreiz zur
Energiepflanzenproduktion anstelle der Stillegung zu bieten. Ähnlich verhält es sich beim übrigen Getreide; beim
Hanf ist das Preisniveau insgesamt etwas geringer. Die mehrjährigen Kulturarten weisen größere Unterschiede in
der Höhe der notwendigen Erzeugerpreise (Bereitstellungskosten) auf. Die Gräser liegen trotz niedrigerer Erträge
unter dem Preisniveau des Getreides. Aufgrund höherer variabler Kosten liegt der Miscanthus trotz höherer
Erträge darüber. Der Topinambur hat aufgrund der nicht beanspruchbaren Stillegungsprämie die höchsten
Bereitstellungskosten. Aus den Bereitstellungskosten resultieren für die verschiedenen Energiepflanzen
Energieträgerpreise, die bei den niedrigsten erzielten Erträgen sowie bei der Mindestpreisstufe (Schwellenpreis
Stillegung) von 2,2 (Hanf) bis circa 3,5 Pfennig pro Kilowattstunde (Sommertriticale, Weiden) reichen (ohne
Betrachtung des Topinambur). Die Energieträgerpreise, die über diesem Niveau liegen, könnten ggf. mit
inländischer (ca. 3,7 Pf/kWh), aber nicht mehr mit importierter Steinkohle (1,2 Pf/kWh) konkurrieren.
6.2 Mitverbrennung von Biomassen in Kohlestaubfeuerungen
Für die Mitverbrennung in Kohlekraftwerken kommen aufgrund ihrer Mahlfähigkeit, abhängig von der
Erntefeuchte, und stofflichen Zusammensetzung verschiedene Kulturpflanzen in Frage. Ein für die Verbrennungsvorgänge,
und damit verbunden die Emissionen (v.a. die CO-Emissionen) entscheidender Prozeßschritt
ist die Aufbereitung, d.h. das Mahlen, der Brennstoffe. Je nach der spezifischen, respektive energetischen, Dichte
und stofflichen Zusammensetzung sind für die Brennstoffe entsprechende Korngrößen zu bestimmen. Aus
Gründen des Energieaufwandes und des Mühlenverschleißes soll der Brennstoff nur so grob als nötig
aufgemahlen werden.
Die mittlere Korngröße bestimmt, zusammen mit dem Flüchtigen- und Wassergehalt, die Zündwilligkeit bzw.
Reaktionsgeschwindigkeit des Brennstoffs bei dem Verbrennungsvorgang. Die Vollständigkeit des Ausbrandes
entscheidet darüber, wieviel CO (bzw. davon beeinflußt NO x ) am Ende des Verbrennungsprozeßes freigesetzt
wird. Ein feines Biomassekorn (z.B. auf 1,5 mm gemahlene Eiche) zündet schnell, verbraucht schnell den
Sauerstoff und bildet anfangs CO. Da die Flüchtigen sehr schnell frei werden, können sie nicht sofort zu CO 2
aufoxidiert werden. Der Ausbrand ist hoch, auch bei zunehmendem Biomasseanteil in der Brennstoffmischung.
Für die Entstehung von NO x bedeutet dies, daß dieses mit CO zu N 2 reagieren kann und somit die Emission
mindert. Bei einem gröberen Biomassekorn (z.B. 2,5 - 4 mm bei Weide bzw. Stroh) wird duch die langsamere
Entgasung das Zwischenprodukt Kohlenmonoxid unmittelbar zu CO 2 oxidiert, so daß die CO-Konzentrationen in
Brennernähe geringer sind. Die Folge sind - in diesem Fall auch bedingt durch höhere N-Gehalte - höhere
NO x -Werte, da dem NO x das CO als Reaktionspartner für CO 2 und N 2 fehlt. Bei Kohleflammen werden die
höchsten CO-Werte im Brennraum gemessen. Dadurch wird die Bildung von NO x partiell vermindert. Die
Schlußfolgerungen für das Aufmahlen der unterschiedlichen Biomassen sind, daß z.B. bei der reinen
Pappelverbrennung eine Aufmahlung auf 2,5 mm genügt, um einen hohen Ausbrand mit den erwünschten
92

geringen Emissionen zu erzielen. Bei Gras reicht eine gröbere Aufmahlung von 4 - 6 mm bis zu einer
Zumischung von 30% aus. Darüber hinaus sind feinere Aufmahlungen von 1,5 mm nötig, um einen
befriedigenden Ausbrand zu erreichen. Bei Getreideganzpflanzen, die sich aus dem Korn- und Strohteil mit
unterschiedlicher Energiedichte zusammensetzen, konnte im Vorhaben die optimale Aufmahlung (= hoher
Ausbrand) nicht endgültig geklärt werden. Hierfür sind technische Möglichkeiten zu suchen, die diesen
Sachverhalt berücksichtigen.
Die NO x -Emissionen einer Verbrennungsanlage werden zunächst von dem über den Brennstoff eingebrachten
Stickstoff bestimmt. Der Stickstoffgehalt der untersuchten Biomassen liegt bei Buchenholz (0,04 g N/MJ) und
Hanf (0,30 g N/MJ) unter dem von Steinkohle (0,41 g N/MJ), bei Getreideganzpflanzen (0,66 g N/MJ) deutlich
darüber. Bei vollständiger Verbrennung, d.h. hohem Ausbrand der Biomassen und damit geringer CO-Emission,
nehmen die NO x -Emissionen ohne zusätzliche feuerungstechnische Maßnahmen mit zunehmendem
Stickstoffgehalt zu.
Mittels primärseitiger Maßnahmen in der Flammenzone des Brennraumes kann die Entstehung von NO x
vermindert werden. Durch Einblasen des Biomassebrennstoffes über eine Lanze entgegen der abwärts gerichteten
Flamme kann bei einer Beimischung von bis zu 40 % Biomasse die Entstehung von NO x reduziert werden. Der
Haupteffekt dieser Maßnahme ist jedoch, daß der Brennstoff bei gleichem oder besserem Ausbrand gröber in die
Brennkammer eingebracht werden kann.
Eine weitere primärseitige Möglichkeit zur Beeinflussung der NO x -Emission besteht in der Art der Zuführung
des Brennstoffes über Brenner (Brennerkonfiguration). Von den vier Möglichkeiten der Kombination (Kohle-
Biomasse gemischt oder getrennt; zentrale oder äußere Eindüsung) ergibt die zentrale Einblasung des
vorgemischten Brennstoffes die günstigsten NO x -Emissionen. Eine pneumatische Mischung der Brennstoffe ist
jedoch anfällig gegen Verstopfung und Erosion, eine Vermischung vor der Mühle meist verfahrenstechnisch
nicht möglich. Bei getrennter Eindüsung muß der N-reichere Brennstoff zentral und der N-ärmere
Brennstoffpartner außen über Ringspalt eingedüst werden, um die NO x -Emissionen niedrig zu halten.
Die dritte Möglichkeit besteht in der Luftstufung im Feuerraum, d.h. der Regulierung der Primärluftzahl λ
(Lambda) in der Hauptverbrennungszone im Feuerraum. Die Gesamtluftzahl ist wie bei den übrigen Versuchen
auf λ = 1,2 eingestellt. Bei genügender Absenkung der Primärluftzahl spielt dabei die Brennerkonfiguration keine
Rolle mehr. Der Haupteffekt bei der Biomasse(mit)verbrennung liegt in der NO x Absenkung bei bereits höheren
Primärluftzahlen, verglichen mit der reinen Kohleverbrennung.
Aufgrund des im Vergleich zur Steinkohle sehr geringen Schwefelgehaltes von Biomassen - mit einer Abstufung
von Ölpflanzen (Ganzpflanzen) über andere landwirtschaftliche Kulturarten zu den Hölzern - sinken mit
zunehmendem Anteil der Biomassen bei der Mitverbrennung die SO 2 -Emissionen. Sie nehmen sogar
überproportional ab, da die Biomassen durch ihren Kalziumgehalt den Schwefel in der Asche binden können.
Insgesamt sind hinsichtlich der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten nach der für Kohlekraftwerke geltenden
13. BImSchV bei der Mitverbrennung bzw. der reinen Verbrennung von Biomassen in Staubfeuerungsanlagen
bisher folgende Schlußfolgerungen aus den Erkenntnissen der Verbrennungsversuche zu ziehen: Der CO-
Grenzwert von 250 mg/m³ ist auch bei der Mitverbrennung von gröberer Biomasse bis zu circa 20 % Anteil
problemlos einzuhalten. Bei den NO x - und SO 2 -Emissionen ist keine Erhöhung der Emissionswerte bei einer
Mitverbrennung zwingend. Erstere können durch primärseitige Maßnahmen 'in Grenzen' gehalten werden,
letztere nehmen mit zunehmendem Biomasseanteil sogar ab. Für HCl-Emissionen, die vor allem bei Biomassen
mit Strohanteil zunehmen, muß für (Getreide)Ganzpflanzen nach der TA-Luft ein Grenzwert von 30 mg/m³
eingehalten werden. Dies ist technisch einfach durch eine sekundäre Rauchgasreinigung möglich. Bei der
landwirtschaftlichen Erzeugung von Energiepflanzen kann die Stickstoffdüngung letztlich ohne Rücksicht auf
den N-Gehalt der Pflanze erfolgen. Beim Chlor sind Einflüsse der Düngung, Sorte etc. auf den Chlorgehalt der
Pflanze zu untersuchen.
Bei einer Versuchsreihe zur Biomasseverbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung konnte aufgezeigt werden, daß
bei der reinen Verbrennung von Biomasse sehr niedrige CO- und NO x -Emissionen entstehen. SO 2 -Emissionen
treten z.B. beim Einsatz von Buche nicht auf. Der Grad der Aufbereitung (Aufmahlung) hat einen Einfluß auf die
Höhe der Emissionen bei CO, aber kaum bei den Stickoxiden.
Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der Mitverbrennung von Biomasse in Kohlekraftwerken ist, wie in einer
Machbarkeitsstudie zu einer Umrüstung eines Kraftwerkes errechnet wurde, bei einer Zufeuerung von 8 %
Waldrestholz und Stroh - die technisch ohne über das gewohnte Maß hinausgehende Verschleißerscheinungen
93

möglich ist - mit Stromgestehungskosten von 11,2 Pf/kWh zu rechnen. In einer neu zu errichtenden
Biomasseanlage müßten dafür 24,3 Pf/kWh angesetzt werden. Die Mitverbrennung von Biomassen in
Kohlekraftwerken ist demnach ceteris paribus der kostengünstigere Weg zur klimaschützenden Stromerzeugung
aus Biomasse als mit neu einzurichtenden Biomassekraftwerken.
94

Teilnahme an Veranstaltungen
Posterausstellungen:
Siegle, V.; Spliethoff, H.; Hein, K.R.G.: Aufbereitung und Mitverbrennung von Ganzpflanzen mit Steinkohle in
einer Staubfeuerung. DGMK-Fachbereichstagung, Velen II; 22.-24. März 1997.
Siegle, V. et al: Preparation and Co-Combustion of Cereals with Hard Coal in a 500 kW Pulverized-Fuel Test
Unit. 9th European Bioenergy Conference, Kopenhagen, Dänemark; 24.-27.Juni 1996.
Vetter, R.; Maier, J.: Production of energy crops in summerdry regions of Southwest-Germany for solid fuel. 9th
European Bioenergy Conference, Kopenhagen, Dänemark; 24.-27.Juni 1996.
Vetter, R.; Maier, J.: Annual and perennial crops for local production of solid fuels in Southwest-Germany.
Konferenz ‘Sustainable Agriculture for Food, Energy and Industrie, Braunschweig; 22.-28.Juni 1997.
Vetter, R.; Maier, J.; Siegle, V.: Annual and perennial crops as solid fuels for local energy supply and cocombustion
in a pulverized-fuel test unit. Third Biomass Conference of the Americas, Montreal, Kanada; 24.-26.
August 1997.
Literaturverzeichnis
Bayerisches Landwirtschaftliches Wochenblatt (BLW): „Repräsentative Erträge“ angehoben. (187); Heft 30, 12;
1997.
Becher, S.; Frühwald, A.; Kaltschmitt, M.: CO 2 -Substitutionspotential und CO 2 -Minderungskosten einer
energetische Nutzung fester Biomasse in Deutschland. BWK 47, 1/2, 33-38; 1995.
Becher, S.; Kaltschmitt, M.: Biogene Festbrennstoffe als Alternative zu fossilen Brennstoffen - Vergleich anhand
von Energie- und Stoffbilanzen. In: Ganzheitliche Bilanzierung von Energiesystemen. VDI Berichte 1328, 91-
111; 1997.
Blok, K.; Turkenburg, W.C.; Eichhammer, W.; Farinelli, U.; Johansson,T.B.: Overview of energy RD&D options
for a suitable future. European Comission; DG Xll; 1995.
Christersson, L.: Energiewaldanbau in Schweden. In: Logistik bei der Nutzung biogener Festbrennstoffe;
Schriftenreihe „Nachwachsende Rohstoffe“, Landwirtschaftsverlag Münster; 1995.
Dehli, et al.; Energiewirtschaftliche Tagesfragen, Heft 5, 39. Jahrgang; 1989.
Diepenbrock, W.; Pelzer, B.; Radke, J.: Energiebilanz im Ackerbaubetrieb. KTBL-Arbeitspapier 211; 1995.
Flaig, H.; Mohr, H. (Hrsg.): Energie aus Biomasse - eine Chance für die Landwirtschaft; Springer Berlin-
Heidelberg; 1993.
Hartmann, H.; Strehler, A.: Die Stellung der Biomasse - im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energieträgern
aus ökologischer, ökonomischer und technischer Sicht. Schriftenreihe „Nachwachsende Rohstoffe“ Band 3;
Landwirtschaftsverlag Münster; 1995.
Hesch, R.; Meyer, A.; Beckmann, F.; Hesch, K.: Hanf-Perspektiven für eine ökologische Zukunft-Eine
realistische Betrachtung. TAOSIS; 1997.
Howard, J.B.; Williams, G.C.; Fine, D.H.: Kinetics of Carbon Monoxide Oxidation in Postflame Gases, 14th
Symp. (Int.) on Combustion, Combustion Institute, pp. 975-986; 1972.
Kaltschmitt, M.; Kolarik, F.; Siegle, V.; Sontow, J.; Spliethoff, H.: Analyse einer Biomassenutzung in
kohlebefeuerten Kraftwerken am Beispiel eines Heizkraftwerkes, IER und IVD, Universität Stuttgart; 1996.
KTBL-Arbeitspapier 235: Energieversorgung und Landwirtschaft. Landwirtschaftsverlag Münster-Hiltrup; 1996.
LAP: Beratungsgrundlagen für die Düngung im Ackerbau und auf Grünland 1995, Hrsg. Landesanstalt für
Pflanzenbau Forchheim; 1995.
95

Lewandowski, I.: Einflußmöglichkeiten der Pflanzenproduktion auf die Brennstoffeigenschaften am Beispiel von
Gräsern. In: Biomasse als Festbrennstoff, Schriftenreihe „Nachwachsende Rohstoffe“, Landwirtschaftsverlag
Münster; 1996.
Reinhardt, G.A.: Energie- und CO 2 -Bilanzierung nachwachsender Rohstoffe. Braunschweig, Vieweg; 1993.
Scholz,V.; Kaulfuß,P.: Energiebilanz für Biofestbrennstoffe. Forschungsbericht 1995/3; Institut für Agrartechnik
Bornim; 1995.
Siegle, V. et al.: Mitverbrennung von Schwachholz und Energieganzpflanzen in einer Staubfeuerung. 1.
Zwischenbericht; 1994.
Siegle, V. et al.: Mitverbrennung von Schwachholz und Energieganzpflanzen in einer Staubfeuerung. 2.
Zwischenbericht; 1995.
Siegle, V. et al.: Mitverbrennung von Schwachholz und Energieganzpflanzen in einer Staubfeuerung. 3.
Zwischenbericht; 1996.
Siegle, V.; Kicherer, A.; Spliethoff, H.; Hein, K.R.G.: Verbrennung von Biomasse in Staubbrennern, 3.
Holzenergiesymposium, Zürich, Schweiz; 21.10.94.
Siegle, V.; Kicherer, A.; Spliethoff, H.; Hein, K.R.G.: Biomass Co-Combustion for the Pollutant Control in
Pulverized Coal Units. Third Int. Conference on Combustion Technologies for a Clean Environment, Lissabon,
Portugal; 03.-06.07.95.
Siegle, V.; Spliethoff, H.; Hein, K.R.G.: Aufbereitung und Mitverbrennung von Ganzpflanzen mit Steinkohle in
einer Staubfeuerung. DGMK-Fachbereichstagung, Velen II; 22.-24. März 1996.
Siegle, V.; Spliethoff, H.; Hein, K.R.G.; Sontow, J.; Kaltschmitt, M. und Voß, A.: Machbarkeitsstudie zur
Umrüstung eines deutschen Steinkohlekraftwerkes für die Mitverbrennung von Biomasse. Fachtagung:
"Energetische Nutzung nachwachsender Rohstoffe", Freiberg/Sachsen; Sep. 1996.
Siegle, V. ; Frötsch, D.; Spliethoff, H.; Hein, K.R.G.; Sontow, J.; Kaltschmitt, M.; Maier, H. und Reinecke, B.:
Untersuchungen zur Umrüstung eines Steinkohlekraftwerkes für die Mitverbrennung von Biomasse. VDI-GET
Tagung: "Fortschrittliche Energiewandlung und -anwendung", Bochum; 11.-12. März 1996.
Siegle, V.; Schweitzer, B.; Spliethoff, H.; Hein, K.R.G.: Preparation and co-combustion of cereals with hard coal
in a 500 kW pulverized-fuel test unit. 9th Bioenergy conference, Copenhagen; 1996.
Sontow, J.; Siegle, V.; Spliethoff, H.; Kaltschmitt, M.. Biomassezufeuerung in Steinkohlekraftwerken,
Energiewirtschaftliche Tagesfragen S. 338-344, Heft 6; 1996.
Spliethoff, H.; Siegle, V.; Hein, K.R.G.: Erforderliche Eigenschaften holz- und halmgutartiger Biobrennstoffe bei
einer Zufeuerung in existierender Kohlekraftwerken. Tagung: "Eigenschaften fester Bioenergieträger -
Beeinflussungsmöglichkeiten, Anforderung, Normung", Stuttgart; 8.-9. Mai 1995.
Spliethoff, H.; Siegle, V.; Hein, K.R.G.: Zufeuerung von Biomasse in Kohlekraftwerken: Auswirkungen auf
Betrieb, Emissionen, Rückstände und Kosten. 4. Holzenergiesymposium, Zürich; 1996.
Wiese, A.; Kaltschmitt, M.: CO 2 -Substitutionspotential und -Minderungskosten regenerativer Energieträger zur
Stromerzeugung in Deutschland; 9. Internationales Sonnenforum, Juni/Juli 1994, Stuttgart, Tagungsband; 1994.
96

Anhang
Abschlußbericht
zum
Forschungsvorhaben
(Ord.-Nr. 22-94.11)
Anbau von Energiepflanzen -
Ganzpflanzengewinnung mit verschiedenen
Beerntungsmethoden (ein- und mehrjährige
Pflanzenarten); Schwachholzverwertung
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Anhang
A 1 Müllheim - Bodenbearbeitung, Aussaat und Pflegemaßnahmen (einjährige Kulturen) 1994
A 2 Vendenheim - Bodenbearbeitung, Aussaat und Pflegemaßnahmen 1994
A 3 Gambsheim - Bodenbearbeitung, Aussaat, Pflegemaßnahmen, Bodenuntersuchung und
Düngung 1995
A 4 Binsdorf - Bodenbearbeitung, Aussaat, Pflanzung und Pflegemaßnahmen 1994
A 5 Binsdorf - Bodenbearbeitung, Aussaat, Pflanzung und Pflegemaßnahmen 1995
A 6 Binsdorf - Bodenbearbeitung, Aussaat und Pflegemaßnahmen 1996
A 7 Müllheim - Aussaat, Pflanzung und Pflegemaßnahmen (mehrjährige Kulturen) 1994 - 96
A 8 Müllheim - Bodenbearbeitung, Aussaat und Pflegemaßnahmen (einjährige Kulturen) 1995
A 9 Müllheim - Bodenbearbeitung, Aussaat und Pflegemaßnahmen (einjährige Kulturen) 1996
A 10 M ü l l h e i m Bodenuntersuchung und Düngung (einjährige Kulturen) 1994 - 96
A 11 M ü l l h e i m Bodenuntersuchung und Düngung (einjährige Kulturen) 1994 - 96
A 12 M ü l l h e i m Bodenuntersuchung und Düngung (einjährige Kulturen) 1994 - 96
A 13 M ü l l h e i m Bodenuntersuchung und Düngung (ein- und mehrjährige Kulturen) 1994 - 96
A 14 M ü l l h e i m Bodenuntersuchung und Düngung (mehrjährige Kulturen) 1994 - 96
A 15 M ü l l h e i m Bodenuntersuchung und Düngung (mehrjährige Kulturen) 1994 - 96
A 16 V e n d e n h e i m, B i n s d o r f Bodenuntersuchung und Düngung 1994
A 17 B i n s d o r f Bodenuntersuchung und Düngung (einjährige Kulturen) 1994 - 96
A 18 B i n s d o r f Bodenuntersuchung und Düngung (einjährige Kulturen) 1994 - 96
A 19 B i n s d o r f Bodenuntersuchung und Düngung (mehrjährige Kulturen) 1994 - 96
A 20 B i n s d o r f Bodenuntersuchung und Düngung (mehrjährige Kulturen) 1994 - 96
A 21 Daten zur Ernte - W i n t e r t r i t i c a l e 1994 - 97
A 22 Daten zur Ernte - W i n t e r g e r s t e 1994 - 96
A 23 Daten zur Ernte - W i n t e r r o g g e n 1994 - 96
A 24 Daten zur Ernte - S o m m e r t r i t i c a l e 1994 - 96
A 25 Daten zur Ernte - S o m m e r r o g g e n 1994 - 96
A 26 Daten zur Ernte - H a f e r 1994
A 27 Daten zur Ernte - M a i s 1994 - 95
A 28 Daten zur Ernte - A n n u e l l e K u l t u r e n 1994 - 96
A 29 Daten zur Ernte - G r ä s e r 1994 - 96
A 30 Daten zur Ernte - T o p i n a m b u r 1994 - 96
A 31 Daten zur Ernte - M i s c a n t h u s 1994 - 96
A 32 Daten zur Ernte - W e i d e, P a p p e l 1994 - 96
A 33 Energieganzpflanzen - Ertrag Ganzpflanze (Großparzelle, gebildeter Ertrag)
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A 34
A 35
A 36
A 37
A 38
A 39
A 40
A 41
A 42
A 43
A 44
A 45
A 46
A 47
A 48
A 49
A 50
A 51
A 52
A 53
A 54
A 55
A 56
A 57
A 58
A 59
A 60
W i n t e r t r i t i c a l e Müllheim, Gambsheim, Binsdorf (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
W i n t e r r o g g e n Müllheim, Gambsheim, Binsdorf (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
W i n t e r g e r s t e Müllheim, Binsdorf (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
S o m m e r t r i t i c a l e Müllheim, Gambsheim, Binsdorf (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
S o m m e r r o g g e n Müllheim, Vendenheim, Binsdorf (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
H a f e r Müllheim, Vendenheim, Binsdorf (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
M a i s Müllheim, Vendenheim, Gambsheim, Binsdorf (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
R a p s, S o n n e n b l u m e, H i r s e Müllheim (1994 - 96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
H a n f Müllheim, Binsdorf (1996) - Pflanzenmerkmale, Ertragskomponenten und
Krankheiten
G r a s Müllheim, Binsdorf (1994-96) - Pflanzenmerkmale, Ertragskomponenten und
Krankheiten
T o p i n a m b u r Müllheim, Binsdorf (1994-96) - Pflanzenmerkmale, Ertragskomponenten
und Krankheiten
M i s c a n t h u s Müllheim, Grißheim (1994-96) - Pflanzenmerkmale, Ertragskomponenten
und Krankheiten
W e i d e, P a p p e l, P a u l o w n i a Müllheim, Grißheim (1994-96) - Pflanzenmerkmale,
Ertragskomponenten und Krankheiten
Energieganzpflanzen - Heizöläquivalent (Basis gebildeter Ertrag)
Energiebilanz Energieganzpflanzen - Berechnungsgrundlagen Wintertriticale
Energiebilanz Energieganzpflanzen - Berechnungsgrundlagen Winterroggen
Energiebilanz Energieganzpflanzen - Berechnungsgrundlagen Wintergerste
Energiebilanz Energieganzpflanzen - Berechnungsgrundlagen Hanf
Energiebilanz Energieganzpflanzen - Berechnungsgrundlagen Mais
Energiebilanz Energieganzpflanzen - Berechnungsgrundlagen Gras
Energiebilanz Energieganzpflanzen - Berechnungsgrundlagen Miscanthus
Energiebilanz - Energieganzpflanzen (oberirdische Biomasse) - Berechnungsgrundlagen
Topinambur
Energiebilanz - Energieganzpflanzen (oberirdische Biomasse) - Berechnungsgrundlagen
Weide
Brennwert H o von Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Flüchtigenanteil bei Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Aschegehalt bei Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Stickstoffgehalt von Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
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A 61
A 62
A 63
A 64
A 65
A 66
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A 68
A 69
A 70
A 71
A 72
A 73
A 74
A 75
A 76
A 77
A 78
A 79
Schwefelgehalt von Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Chlorgehalt von Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Energieganzpflanzen (Korn) - Elementaranalyse (Werte auf wasserfrei bezogen)
Energieganzpflanzen - Elementaranalyse (Werte auf wasserfrei bezogen)
Elementaranalyse Hölzer (Gesamte Werte)
Elementargehalte der analysierten Hölzer (wasserfrei)
Elementaranalye Energieganzpflanzen (Gesamte Werte)
Elementaranalyse Energieganzpflanzen (Werte wasserfrei)
Elementaranalyse strohartige Biomassen (Gesamte Werte)
Elementargehalte der analysierten strohartigen Energieganzpflanzen (wasserfrei)
Elementaranalyse Körner (Gesamte Werte)
Elementargehalte der analysierten Körner (Werte wasserfrei)
Lignin- und Cellulosegehalte Energieganzpflanzen
Protein- bzw. N-Gehalte Energieganzpflanzen
N-Entzug bei Energiepflanzen (oberirdische Biomasse)
Bereitstellungskosten und Energieträgerpreise von Energiepflanzen - Annuelle Kulturen
Bereitstellungskosten und Energieträgerpreise von Energiepflanzen - Mehrjährige Kulturen
Deckungsbeitrag Pflanzliche Produktion (Energiepflanzen)
Variable Maschinenkosten und Transportkosten Energiepflanzenanbau
AB_energiepfloA
100