Qualitätssicherung bei Holzbrennstoffen in Theorie und Praxis

Präsentation zum Thema: "Qualitätssicherung bei Holzbrennstoffen in Theorie und Praxis"—  Präsentation transkript:

1 Qualitätssicherung bei Holzbrennstoffen in Theorie und Praxis
Mag. Thomas Loibnegger Referat für Energie und Biomasse 18 Oktober 2010, Zagreb (CRO)

2 Welchen Schüttraummeter Waldhackgut würden Sie kaufen?
708 kWh / Srm 1.014 kWh / Srm + 43 %

3 Brennstoffqualität Holzart Rindenanteil
Verunreinigungen (z.B. Sand, Erde,…) Wassergehalt Dimension und Form

4 Streuung der Holzdichte in Abhängigkeit vom Standort und Wuchsraum

5 Relativer Heizwertvergleich nach Volumen [m³] und Gewicht [kg]

6 Energiegehalt von Energieholz
Waldhackgut (fein) 1 Srm Fichte/Tanne kWh 1 Srm Lärche kWh 1 Srm Kiefer kWh 1 Srm Buche/Eiche kWh Heizwertäquivalente (Öl – Holz) 1 rm Holz  1,75 Srm Hackgut 1 fm Holz  2,50 Srm Hackgut 5 – 6 rm Laubholz (Hartholz) 7 – 8 rm Nadelholz (Weichholz) 13 – 14 Srm Fichtenhackgut 1.000 l Heizöl

7 Heizwert (Hu) von Holz pro kg in Abhängigkeit vom Wassergehalt (%)
Scheitholz trocken (2 Jahre Lagerung) Quelle: Marktübersicht Hackschnitzelheizungen 2010, Hackgut waldfrisch

8 Abhängigkeit im Energiegehalt je Schüttraummeter von Standort, Baumart, Stückigkeit und Wassergehalt
Quelle: Löffler, G. (2007): Hackgut – Übernahme und Lagerung

9 CEN-TC 335 „feste Biobrennstoffe“
CEN - Europäischen Komitee für Normung Reduktion von Handelsbarrieren; Definition eines einheitlichen Rahmens 5 Arbeitsgruppen der CEN-TC 335 „feste Biobrennstoffe“ regeln: Terminologie, Spezifizierung und Klassierung von Biobrennstoffen Probenahme und Probenaufbereitung physikalische, mechanische und chemische Prüf- und Analyseverfahren Qualitätssicherung von Biobrennstoffen 27 Normen Erarbeitung der Normenreihe EN „Feste Biobrennstoffe – Brennstoffspezifikationen und –klassen“

10 Normung biogener Brennstoffe
Einzelnormen für Teilbereiche vorhanden Hackgut (ÖNORM M7133) Pellets (ÖNORM M7135, DIN 51731, PelletGold,…) keine einheitliche Europäische Norm EN „ „Feste Biobrennstoffe – Brennstoffspezifikationen und -klassen“ EN Spezifikationen und Klassen prEN Pellets prEN Briketts prEN Hackgut prEN Scheitholz prEN Pellets aus nichtholzartigen Brennstoffen

11 Normierung von biogenen Brennstoffen
Einheitlicher Rahmen für die Qualitätssicherung Abbau von Handelsbarrieren International vergleichbare Zertifizierung Standardisierung Voraussetzung für Automatisierung Garantie der Qualität durch Kontrolle/Zertifizierung Stärkung des Kundenvertrauens

12 Negative Auswirkungen ohne normative Vorgaben
Deutliche Qualitätsunterschiede am Markt Qualitätsunterschiede für den Laien nicht erkennbar Keine garantierte Mindestqualität ohne Produktnormen Preise für den Endkunden nicht direkt vergleichbar Erhöhte Gefahr von Störungen in der Heizanlage (speziell kleiner Anlagen) Erschwerung der Vertragsgestaltung (z.B. Hackgutliefervertrag)

13 Zielsetzungen des Normvorhabens
Unterscheidung von Brennstoffen untereinander und Abgrenzung von fossilen Energieträgern Definition klarer und eindeutiger Klassifikations-Prinzipien Qualität durch Norm und Kontrolle (Verifizierung der Produzenten- bzw. Händlerangaben) Effizientes Werkzeug für Biobrennstoff-Handel Grundlage für die Herstellung von Bio-Brennstoffen sowie Heizanlagen (Betriebs- und Bedienungsanleitung/Gewährleistung!) Basis für gesetzliche Regelungen

14 Scheitholz – Produktion & Lagerung

15 Kundenfreundliche Zurichtung
Scheitholzerzeugung Klar definierte Sorte Laubholz weich Laubholz hart Nadelholz Lagerung sonniger und luftiger Lagerort kein direkter Erdkontakt Trocknung Wassergehalt unter 20 % 2 Saisonen lag (Lagerdauer so kurz als möglich) Kundenfreundliche Zurichtung aufgespalten (Seitenlänge 5 – 15 cm) Länge nach Wunsch

16 Positive Effekte der Scheitholztrocknung
Verbesserung der Lagerfähigkeit Erhöhung der Energiedichte Verringerung des Transportgewichtes Reduktion des Aschegehaltes und der Emission Verbesserung des Anlagenwirkungsgrades Verringerung der Transportkosten – Logistik

17 Erzeugung – Scheitholz

18 optimales Rohmaterial
Hackguterzeugung optimales Rohmaterial Faser-/Schleifholz Energieholz Sekunda-Ware Braunbloche Trocknung/ Lagerung luftige und sonnige Lagerung über den Sommer natürliche Vortrocknung auf mind. 30 % Wassergehalt eventuell abdecken vor dem Hacken Qualitätshackgut Wassergehalt max. 30 %; optimal 25 % Stückigkeit: G30 (scharfe Messer beim Hacker) Feinanteil 3 bis 4 % Ascheanteil max. 2 %

19 Wassergehalt (W) Wassergehalt (W) Holzfeuchte (U)
Anteil des im Brennstoff enthaltenen Wassers, angegeben in % der Masse, bezogen auf die Masse des wasserhaltigen Brennstoffes Holzfeuchte (U) Anteil des im Holz enthaltenen Wassers, angegeben in % der Masse bezogen auf die Masse des wasserfreien Holzes Wassergehalt hat Einfluss auf: Schimmelpilzbildung & Substanzabbau Verbrennung Gewicht (Transport) Handling

20 Wassergehalt (Masse-% im Anlieferungszustand)
ÖNORM M7133 EN 14961:2010-1 Klasse Grenze Bezeichnung W20 < 20 % lufttrocken M10 ≤ 10 W30 20 – 30 % lagerbeständig M15 ≤ 15 W35 30 – 40 % beschränkt lagerbeständig M20 ≤ 20 W40 35 – 40 % feucht M25 ≤ 25 W50 40 – 50 % erntefrisch M30 ≤ 30 M35 ≤ 35 M40 ≤ 40 M45 ≤ 45 M50 ≤ 50 M55 ≤ 55 M50+ > 55, Maximalwert muss angegeben werden

21 Analyseverfahren Wassergehaltsbestimmung (I)
Direkte Verfahren Vorteil Nachteil Darrschrankverfahren Normverfahren, hohe Selektivität, einfach Zeitaufwendig (>24 h), teurere Investitionen für die Analysegeräte Heißluftofen Schnell (15 min) Material muss stark zerkleinert werden, teure Geräte Infrarot-Trocknung Kurze Messzeit (3 – 30 min) Teuer, Material muss vorzerkleinert werden Mikrowellentrocknung Gut geeignet für kleinförmiges Material, schnell (2 – 20 min) Teuer, Material muss in der Regel vorzerkleinert werden

22 Analyseverfahren Wassergehaltsbestimmung (II)
Indirekte Verfahren Vorteil Nachteil Elektrische Widerstandsmessung schnell, Analysegeräte günstig Eingeschränkt auf den Bereich < 20 % WG, abhängig von Holzart, Temp., Messsp. etc. Kapazitives Verfahren Temperatur, Homogenität, etc. Mikrowellenabsorption schnell, genauer als kapazitive Verfahren Analysegeräte teurer Infrarotreflexion schnell Teuer, Kalibrierung notwendig, Problem bei Inhomogenität

23 Kapazitives Verfahren
Beispiel: Abrechnung nach Gewicht Ein Kübel mit 50 Liter Hackgut wird auf eine Waage gestellt. Die Waage zeigt ein Gewicht von 10,08 kg an. Bei 1 Srm (1.000 Liter) entspricht dies einem Gewicht von (20 x 10,08 =) 210,6 kg. D. h. um 1 Tonne zu erhalten, benötigt man (1000/210,6kg =) 4,96 Srm Hackgut. In einem Feuchtemessgerät wird der Wassergehalt der Lieferung ermittelt. Diese Messung ergibt einen Wassergehalt von 21%. Der Listenpreis pro Tonne Waldhackgut mit einem Wassergehalt von 21% beträgt € 93,22. D. h. der Lieferant erhält pro 4,96 Srm € 93,22 bzw. 18,8 € pro Srm.

24 Hackgut-Grössenklasse
Größenklassen nach ÖNORM M 7133 Holzhackgut für energetische Zwecke – Anforderungen und Prüfbestimmungen Hackgut-Grössenklasse Gesamtmasse 100 % G 30 fein G 50 mittel G 100 grob Grobanteil max. 20 % Querschnitt max. 3 cm² 5 cm² 10 cm² Länge max. 8,5 cm 12 cm 25 cm Grobsieb-Nenn-Maschenweite 16 mm 31,5 mm 63 mm Hauptanteil 60 % bis 100% Mittelsieb-Nenn-Maschenweite 2,8 mm 5,6 mm 11,2 mm Feinanteil (inkl. Feinstanteil) max. 20 % Feinsieb-Nenn-Maschenweite 1 mm

25 Größenklassen nach EN 14961-1:2010 Europäische Norm für feste Biobrennstoffe
Hauptfraktion (> 75 % der Masse) in mm Feinfraktion (< 3,15 mm) in % der Masse Grobfraktion (max. Teilchenlänge in mm und Querschnitt in cm²) P16 A 3,15 mm ≤ P ≤ 16 mm ≤ 12 % ≤ 3 % > 16 mm; alle < 31,5 mm; [1 cm²] P16 B ≤ 3 % > 45 mm; alle < 120 mm; [1 cm²] P45 A 8 mm ≤ P ≤ 45 mm ≤ 8 % ≤ 6 % > 63 mm und max. 3,5 % > 100mm; alle < 120 mm; [5 cm²] P45 B ≤ 6 % > 63 mm und max. 3,5 % > 100mm; alle < 350 mm; [5 cm²] P63 8 mm ≤ P ≤ 63 mm ≤ 6 % ≤ 6 % > 100 mm; alle < 350 mm; [10 cm²] P100 16 mm ≤ P ≤ 100 mm ≤ 4 % ≤ 6 % > 200 mm; alle < 350 mm; [18 cm²] P16 A, P16 B und P45 A = nicht industrielle Nutzung / P45 B, P63, P100 = industrielle Nutzung Klasse A = Holz aus Vollbäumen, Waldrestholz, Reste von chemisch unbehandelten Industrieholz / Klasse B = Holz aus Landschaftspflege und Kurzumtrieb

26 Schüttdichte ÖNROM M 7133 EN 14961-1:2010 Klasse Grenzwert (kg TS/m³)
Bezeichnung Grenze S 160 < 160 geringe Schüttdichte (Fichte, Tanne, Pappel, Weide) BD150 >= 150 S 200 mittlere Schüttdichte (Kiefer, Lärche, Birke, Erle) BD200 > =200 S 250 > 200 hohe Schüttdichte (Buche, Eiche, Robinie) BD250 >=250 BD300 > =300 BD350 >= 350 BD400 >=400 BD450 >=450 BD450+ >450

27 Aschegehalt (Masse-%, wasserfreie Bezugsbasis)
ÖNORM M 7133 EN :2010 Klasse Aschegehalt [%] Bezeichnung A0,5 ≤ 0,5 Hackgut mit geringen Rindenanteil A2,0 ≤ 1,5 Hackgut mit hohen Rindenanteil A0,7 ≤ 0,7 A1,0 ≤ 1,0 A1,5 ≤ 2,0 A3,0 ≤ 3,0 A5,0 ≤ 5,0 A7,0 ≤ 7,0 A10,0 ≤ 10 A10,0+ > 10,0

28 EN 14961-1:2010 Dimension / Stückigkeit Wassergehalt Aschegehalt
Quelle: (2010) Aschegehalt

29 EN 14961-1:2010 Stickstoffgehalt Chlorgehalt
Quelle: (2010)

30 EN 14961-1:2010 Heizwert (Hu) Schüttdichte Ascheschmelzpunkt
Quelle: (2010)

31 EN :2010 Quelle: (2010)

32 Die Praxis der Norm Normreihe EN ist im land- und forstwirtschaflichen Bereich derzeit noch völlig unbekannt ÖNORM M 7133 ist bekannt; oft sind jedoch nur Auszüge aus der Norm bekannt (z.B. Wassergehaltsklassen) Normen kommen in Lieferverträgen zur Anwendung, ohne dass sie hinreichend bekannt sind Normierung und Zertifizierung als Kundenbindungsinstrument Europäische Norm als Regelwerk für den länderübergreifenden Ein- und Verkauf von Holzbrennstoffen (Problem Hackgut und Scheitholz) Kosten der Normierung!

33 Qualitätssicherung von Hackgut
schlechtes Rohmaterial Störstoffe Hacker-Einstellungen zu hohe Schütthöhe keine Durchlüftung keine Trocknung höherer Brennstoffbedarf höhere Emissionen Verstopfung Förderschnecke Verschlackung Ascheablagerungen Korrosionen höherer Wartungsaufwand

34 Qualitätssicherung – Falscher Lagerplatz

35 Qualitätssicherung – Störstoffe

36 Qualitätssicherung – problematisches Rohmaterial

37 Bestandteile Hackgutliefervertrag
Qualität und Herkunft des Hackgutes laut Norm (z.B. ÖNORM M7133, EN 14961) Festlegung von Qualitätskriterien (Wasser- u. Aschegehalt, Stückgröße, usw.) Anteil (%) an Waldhackgut, Sägenebenprodukte, Landschaftspflegeholz Qualitätskontrollen (z.B. laut Norm) Vergütung / Verrechnungsmethode Wertsicherung Ölpreis-, Energieholzpreis-, Verbraucherpreisindex bzw. Mischindices (Praxis üblich) Abrechnung und Zahlungsmodalitäten Rücknahme der Asche Vertragslaufzeit und Kündigungsfristen Haftungen …

38 Abrechnungsarten Abrechnung nach Schüttraummetern
Abrechnung nach Gewicht und Wassergehalt Abrechnung nach erzeugter Energie (kWh)

39 Abrechnung nach Volumen (Schüttraummeter)
Vorteile Einfache Bestimmung des Volumens (oder auch nicht?) Abrechnung von Teilmengen nach einzelnen Lieferanten möglich Nachteile Wo ist ein Srm ein Srm (Auf der Waldstraße oder im Werk?) Keine Sicherheit über den Energieinhalt (Wassergehalt, etc.) Kein Anreiz für Optimierung des Energiegehalts der Anlieferung Zahlreiche Konflikte wegen unterschiedlicher Lieferqualitäten

40 Abrechnung nach erzeugter Energie (€/kWh)
Vorteile Unabhängig von Holzart und Schüttdichte, Wassergehalt Kostengünstige Methode Standardmethode bei vielen Wärmekunden Nachteile Abhängig vom Jahresnutzungsgrad der Anlage Schwierig bei mehreren Lieferanten Unsicherheit bei Umrechnungsfaktoren Geringe Verbreitung bei vielen Unternehmen der Holzwirtschaft

41 Abrechnung nach Gewicht und Wassergehalt
Vorteile Unabhängig von Holzart und Schüttdichte Hohe Genauigkeit bezüglich Energiegehalts Wenig Konflikte auf Grund gerechter Abrechnung der gelieferten Qualität Erhöhung der Motivation zur Optimierung des Energieinhaltes der Lieferungen Nachteile Messung von Gewicht und Wassergehalt notwendig! Errechnung des Trockengewichts erforderlich Höherer Zeit- und Kostenaufwand (Bestimmung des Wassergehaltes)

42 Biomassehöfe in der Steiermark
“landwirtschaftliche Tankstelle” für biogene Brennstoffe Mobilisierung von Energieholz (Industrie-, Säge- und Energieholz) verkauf von Waldhackgut, Scheitholz, Holzpellets, Heupellets, Maisspindel, Pflanzenöl, Biodiesel,…) Breites Angebot: Qualitätsbrennstoffe Energiedienstleistungen (e.g. Energie-Contracting) Ganzjährige Verfügbarkeit Regionalität 42

43 Biomassehöfe in der Steiermark
Waldhackgut Srm Scheitholz rm Rohenergie MWh Öl-Äquivalent l CO2-Reduktion t Umsatz/a ~ € 1.6 Mio. Investitionen ~ € 3.5 Mio. Green Jobs ~ 15 – 20 + Sicherung bestehender Jobs 43 43

44 Waldstein 2006

45 Pölstal 2008

46 Hartbergerland 2009

47 Biomassehof Hartbergerland
Produktion nach ÖNORM, künftig nach ÖNROM EN 14961 Verrechnung nach Gewicht und Wassergehalt Brückenwage Messgeräte für Wassergehaltsbestimmung Natürliche Vortrocknung des Energieholzes Qualitätsscheitholz (w<20%) Bedarfsgerechte Hackgutqualität Heizwerke Kleinfeuerungsanlagen (Qualitätshackgut) 47

48 Einfluss des Niederschlages auf den Wassergehalt von Energieholz

49 Einfluss des Niederschlages auf den Wassergehalt von Energieholz

50 Hackgutverkauf nach Energiegehalt (Kiefer)
Für den Rohenergiepreis werden 2 Cent/kWh angesetzt Wassergehalt [%] Rohenergiegehalt [kWh] Cent je kg € je Srm 10 4,7 9,4 20,07 15 4,4 8,8 19,33 20 4,1 8,2 18,57 25 3,8 7,6 16,03 30 3,5 7,0 17,80 35 3,2 6,4 17,54 Rohenergiegehalt (kWh) = 5 - 0,06 x Wassergehalt (%)

51 Welchen Schüttraummeter Waldhackgut würden Sie kaufen?
€ 17 / Srm € 25 / Srm + € 8

52 Schüttraummeter ist nicht gleich Schüttraummeter
mit 276 kg mit 186 kg

53 Zusammenfassung Qualität hat ihren Preis
Bedarfsorientierter Einsatz von unterschiedlichen Brennstoffqualitäten Aktive Qualitätssicherung über die gesamte Wertschöpfungskette betreiben Geeignete Abrechnungsvarianten wählen Einschlägige Normen bzw. Qualitätskriterien in Lieferverträgen regeln Im Streitfall Analyse und Beprobung durch ein unabhängiges Labor Effizienter Einsatz von biogenen Rohstoffen -> Nutzung von Biomasse ist nicht per se ökologisch Nachhaltig

54 Danke für ihr Interesse!
Kontakt & Informationen Thomas Loibnegger Energie und Biomasse T: Landwirtschaftskammer Steiermark Hamerlinggasse 3 8010 Graz Austria