Brennstoff-Check (12): Heizen mit Halmgut (Heu und Stroh)

Der Brennstoff, den wir uns in unserem Brennstoff-Check heute näher anschauen wollen, heißt: Halmgut. Zum sogenannten Halmgut zählen unter anderem Heu und Stroh. Es geht also um nachwachsende (regenerative) Biomasse, die zum Erzeugen von Wärme verfeuert wird. Alles, was ihr darüber wissen müsst, erklären wir hier.

Was ist Halmgut?

Halmgutartige Biomasse umfasst all das Halmgut, das von ein- bis mehrjährigen, nicht holzenden Pflanzen stammt, wie sie

• entweder in der Landwirtschaft als Nebenprodukte oder Reste bei der Ernte (vor allem Getreidestroh, Rapsstroh, Sonnenblumenreste, Körnermaisstroh, Ackerbohnenstroh, Erntereste von Kartoffeln, Hopfen)
• oder bei der Landschaftspflege (vor allem Straßengrassschnitt, aber auch Grasschnitt aus Parks, Anlagen und Friedhöfen)

anfallen. Insbesondere geht es also um Stroh und Gras (frischer Grünschnitt und getrocknetes Heu). Gemäß der europäischen Norm EN 14961 wird Halmgut in der Brennstoffgruppe 2 als „Halmgut und krautartige Brennstoffe“ klassifiziert. Daneben gibt es noch „holzartige Biomasse“, die „Biomasse von Früchten“ und „Definierte und undefinierte Mischungen“.

Wofür lässt sich Halmgut verwenden?

Halmgut wird energetisch und stofflich genutzt. Stoffliche Verwendung heißt beispielsweise, dass Getreidestroh

• in die Ställe und Unterstände von Tieren eingestreut wird (Einstreu), wo es später zusammen mit den Fäkalien den Mist ergibt, der als Dünger wieder aufs Feld kommt (Kreislaufwirtschaft).
• zum Abdecken von Erdbeerfeldern verstreut wird.

Energetische Verwendung von Halmgut erfolgt auf zweierlei Weise:

Frischer Grünschnitt (Gras) wird eingesetzt, um sogenanntes Biogassubstrat zu erzeugen, aus dem wiederum Biogas gemacht wird. Trockenes Halmgut (Stroh und Heu) werden verbrannt.

Wieviel Halmgut fällt in Deutschland an?

Die Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei von Mecklenburg-Vorpommern (LFA) erklärt in ihrem druckfrischen “Leitfaden Halmgutheizwerke. Wirtschaftlichkeit und Planungsrichtwerte“, dass in Deutschland etwa 16,7 Millionen Hektar landwirtschaftlich genutzt würden. Das entspreche demnach fast der Hälfte der Landesfläche. 71 Prozent davon seien Ackerland und 28 Prozent sogenanntes Dauergrünland. Auf knapp 40 Prozent des Ackerlandes baue Deutschland Getreide an. Jährlich ergebe sich somit eine Menge an Getreidestroh von 8 bis 13 Millionen Tonnen, dass weder für die Tierhaltung noch die Humusreproduktion benötigt werde. Das entspreche einem Energiegehalt von etwa 140 Petajoule (PJ) und liege damit immerhin in der Größenordnung der derzeitigen Energie-Erzeugung aus Photovoltaik in Deutschland.

Hinzu komme noch jede Menge Grünlandbiomasse wegen der zunehmend intensiveren Erzeugung landwirtschaftlicher Produkte und der rückläufigen Nutzung von Grünlandbiomasse in der Tierhaltung und des gleichzeitigen europaweiten Verbots der Umwidmung von Grünland zu Ackerland.

Gibt es gute Beispiele für die Nutzung von Halmgut als Brennstoff?

Dem Leitfaden zufolge sei der Einsatz von Stroh und Heu in deutschen Heiz(kraft)werken noch nicht
weit verbreitet. Anders in Dänemark: Unsere Nachbarn würden Stroh demnach längst landesweit in ihren Heiz(kraft)werken nutzen. Damit sei die Technik für die energetische Strohnutzung bereits vorhanden und erprobt.

Was ist beim Verbrennen von Halmgut zu beachten?

Der Heizwert eines Brennstoffs wird weitestgehend vom sogenannten C-Gehalt bestimmt. Stroh und Heu weisen Kohlenstoff-Gehalte (auch C-Gehalt genannt) in Höhe von 43 bis 48 Prozent auf, heißt es im Leitfaden. Außerdem würden darin Stickstoff (N), Chlor (Cl), Schwefel (S) und Kalium (K) stecken, die sich auf den Ausstoß von Treibhausgas(THG)-Emissionen und auf weitere verbrennungsrelevante Eigenschaften auswirken. Die hohen Gehalte an N und S erhöhen die Gefahr von NOx-Emissionen und SO₂-Emissionen. Distickstoffmonoxid (Lachgas) ist ein Treibhausgas, dessen Treibhauswirksamkeit 298-mal so groß ist wie die von CO₂. Zudem müsse man beim Verbrennen von Halmgut mit viel Asche und daraus resultierend mit hohen Staubemissionen (5 bis 6 Gewichtsprozent) rechnen. Solche hohen THG- beziehungsweise Staubemissionen würden hohe Kosten für die Rauchgasreinigung verursachen. Stroh und Heu hätten zudem wegen ihrer hohen K-Konzentrationen einen niedrigeren Asche-schmelzpunkt (niedriger als 1.000 Grad Celsius). Dies setze hohe Anforderungen an die An-lagentechnik und sei mit einem erheblichen Inves-titionsbedarf verbunden. Hinzu komme, dass die hohe Konzentration an Cl und S die Gefahr von Korrosionen steigere, was zusammen mit dem niedrigen Ascheerweichungspunkt den Aufwand für Wartung und Reparatur und die daraus resultierenden Kosten erhöhe.

Wie funktioniert eine Halmgutheizung?

Das technische Konzept eines Halmgutheizwerks müsse daher für einen effizienten, störungs- und wartungsarmen Betrieb sowohl an den Brennstoff als auch an die örtlichen Gegebenheiten angepasst sein. Die technischen Anlagenkomponenten eines Halmgutheizwerkes beinhalten:

• die Brennstoffzufuhr einschließlich Ballenauflöser,
• den Brennstoffkessel,
• die Rauchgasreinigungssysteme und
• den Wärmespeicher.

Halmgutheizwerke mit einem Leistungsbereich von 0,5 bis 1 Megawatt (MW) würden dem Leitfaden zufolge Stroh und Heu in Form von Ballen nutzen. Die Brennstoffzufuhr in den Brennraum erfolge demnach mit einem Förderband mit Ballenauflöser, das zuvor mit einem Teleskoplader beladen werde. Nach dem Ballenauflöser werde das Halmgut dem Kessel (Brennraum) zugeführt.

Als Halmgut-Heizessel nutze man in Deutschland vor allem Rost- und Drehrohrkessel. Bei einem Rostkessel werde der Brennstoff mittels eines Vorschubrosts durch den Brennraum transportiert. Der Rost sei wassergekühlt, um die Temperaturen bei maximal 800 bis 900 °C zu halten und so Verunreinigungen im Brennraum durch Ascheerweichung zu vermeiden. Bei einem Dreh-rohrkessel erstrecke sich die Verbrennung über den gesamten rotierenden Drehrohrkessel mit tur-bulenten Flammenwirbel (800 °C). Anschließend brenne man in einer isolierten Nachverbrennungskammer die Rauchgase bei mindestens 850 °C und zwei Sekunden Verweilzeit vollständig aus.

Mit Hilfe eines Wärmetauschers, in Form sogenannter Rauchgaszüge, werde die Wärme über einen Pufferspeicher dem Wärmenetz zugeführt. Die Rauchgasreinigung erfolge über einen Zyklonabscheider (grobe Rußpartikel) mit nachfolgendem Gewebefilter (Feinpartikel).

Die Ascheaustragung werde vollautomatisch über einen Ascheschaber im Brennraum gewährleistetund mit einem Schneckenförderer in einem geschlossenen Behälter entleert.

Zudem müsse es am Standort des Halmgut-Heizwerkes ein Brennstofflager und ein Wärmenetz geben.

Welche Vorteile bringt eine Halmgutheizung im Vergleich zu einer Gasheizung?

Wer Stroh und Heu verfeuere, könne gegenüber der Verbrennung von Heizgas viele  Treibhausgasemissionen sparen. Das ist das Ergebnis der Untersuchung, die die LFA durchführte: Vier zur Nahwärmeversorgung mit Stroh beziehungsweise Heu betriebene Heizwerke (500 bis 1.000 Kilowatt (kW)) und ein Stroh-Heizkraftwerk (49 MW) seien geprüft worden, um die Wärme- beziehungsweise Energiegestehungskosten in Abhängigkeit von der Anlagenauslastung sowie die Erfolgsfaktoren zu bestimmen.

Demnach seien in den untersuchten Heizwerken zwischen 9 und 15 Gramm (g) CO₂-Äquivalent/MJ Treibhausgas-Emissionen und damit um bis zu 89 Prozent weniger als bei einem Gasheizwerk emittiert worden. Stroh und Heu seien als Brennstoff klimaneutral, auch deren Vorketten zur Bereitstellung als Brennstoff würden nur sehr geringe CO₂-Emissionen ausweisen. Mit modernen Halmgutheizwerken könne man also eine weitgehend klimaneutrale Wärmebereitstellung realisieren.

Was ist besser: Gasheizung oder Halmgutheizung?

Um die Wettbewerbsfähigkeit zu bestimmen, habe man die Wärmegestehungskosten von Halmgutheizwerken mit denen einer Wärmeversorgung für Haushalte und Industrie aus Erdgas-Heizwerken verglichen. Im Ergebnis der Berechnungen hätten sich Halmgutheizungenlaut dem Leitfaden bei günstigen Standortbedingungen und hinreichender Anlagenauslastung als wirtschaftlich vorzüglich erwiesen.

Foto: akileb/photocase