Anbau von Energiepflanzen - Ganzpflanzengewinnung mit ...

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
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