Energetische Holznutzung (als Konkurrenz für die stoffliche Nutzung)

Die energetische Nutzung von Holz ist aktuell gerade in der politischen Diskussion: Im "Der Spiegel" wurde dazu am 28.05.2021 über Pläne zur Verbrennung von Holz in Kraftwerken zur Stromerzeugung im Zuge des Kohleausstiegs berichtet. Dieser verursacht einen zusätzlichen Druck auf die Holzressourcen!

Onyx-Kraftwerk Wilhelmshaven
Onyx-Kraftwerk Wilhelmshaven: Erst 2015 zur Nutzung von Kohle aus Übersee in Betrieb genommen. Jetzt wird die Umrüstung auf Holzpellets (aus den USA) diskutiert.

Vor allem in Großbritannien, aber auch in Dänemark werden schon seit Jahren in Kraftwerken (meist im Zuge des "Co-firing" zusammen mit Kohlestaub) Holzpellets eingesetzt, die überwiegend aus den USA stammen. Eine Ökobilanz-Studie britischer Wissenschaftler zeigte, dass die dadurch erstrebte Reduzierung der Treibhausgasemissionen nicht stattfindet, wenn die für die Pelletproduktion verwendeten Hackschnitzel aus Waldrestholz oder Sägewerksnebenprodukten mehr als drei Monate gelagert werden. Dann entsteht soviel Methan durch die Zersetzung des Holzes, dass die Treibhausgasbilanz der Stromerzeugung schlechter wird als bei der Nutzung von Steinkohle!

In Deutschland werden bisher noch keine Holzpellets in Kraftwerken eingesetzt, aber es wird seit einiger Zeit darüber diskutiert (Kritik an Pellets und Holzenergie)! In größerem Umfang wird Strom aus Holz hier bisher vor allem bei der energetischen Verwertung von Altholz und von Schwarzlauge (Lignin aus der Zellstofferzeugung) erzeugt. Ansonsten werden eher kleinere Anlagen verschiedener Technologien genutzt (Weitere Informationen in einem 3N-Statusbericht von 2014).

Holz sollte als Energieträger künftig vorrangig zur Erzeugung industrieller Prozesswärme dienen und zur Stromerzeugung (möglichst mit Kraft-Wärme-Kopplung) genutzt werden, wenn andere erneuerbare Energien nicht zur Verfügung stehen! Dazu mehr hier!

Aufgaben/Fragen dazu:

  1. In welchen Größenordnungen würde der Pelletverbrauch in Deutschland steigen, wenn ein Kraftwerk wie das in Wilhelmshaven von Steinkohle auf Holzpellets umgestellt wurde (Angaben dazu in o.g. Quelle!)?
  2. Nennen Sie drei verschiedene Technologien, wie Holz zur kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden kann (Kraft-Wärme-Kopplung: KWK).
  3. Für welche stofflichen Verwendungsmöglichkeiten/Produkte kann Holz das energetisch genutzt wird, alternativ verwendet werden?
  4. Was sind die Vorteile von Holz in einem künftigen Energieversorgungssystem, das vor allem auf erneuerbaren Energien beruhen soll?

Die "klassische" Form der Nutzung von Holzenergie ist das Heizen mit Scheitholz im Ofen. Das folgende Video zeigt, woher das Holz dafür kommt und wie es aufbereitet wird:

https://www.youtube.com/watch?v=P426MaiI1ig

  1. Was für Holz wird dem privaten Brennholznutzer im Wald angeboten?
  2. Wie sollte das Holz bei der Verbrennung beschaffen sein, damit ein möglichst hoher Brennwert vorliegt?
  3. Welche drei Maßeinheiten finden bei der Berechnung von Brennholzmengen Verwendung?

Die Verbrennung von Scheitholz kann in Kaminen, Öfen oder in modernen, hoch effizienten Feuerstätten erfolgen. In dieser Reihenfolge steigt die Effizienz der Energienutzung und sinkt der Schadstoffausstoss:

Briketts aus Sägespänen usw.
Briketts aus Sägespänen usw.

https://www.youtube.com/watch?v=bOPCXL3e2Ao

  1. Wie hoch soll Holzfeuchtigkeit beim Brennholz höchstens sein?
  2. Welche Technik wird in modernen Holzbrennöfen eingesetzt?

Einen sehr anschaulichen Überblick über alle Optionen der Holzenergienutzung für den Privathaushaus gibt das folgende Video: https://www.youtube.com/watch?v=aOmcr3KilW4 Ergänzend dazu noch eine schematische Darstellung der Produktion von Holzpellets: https://www.youtube.com/watch?v=LMHuvxuvGmc

  1. Wodurch werden die Stabilität und gleichbleibende Form der Pellets erreicht?

Effizient und finanziell lukrativ kann die Energieholznutzung in größerem Umfang sein, wenn man Holzhackschnitzel vergast, mit dem Holzgas Strom erzeugt und die Abwärme zum Heizen oder Trocknen nutzt, wie folgendes Beispiel zeigt: https://www.youtube.com/watch?v=FPYFXXgfxQQ. Das technische Prinzip einer solchen Anlage wird in folgenderAnimation gut erklärt: https://www.youtube.com/watch?v=T4sPBxMUNSY

  1. Woraus setzt sich Holzgas zusammen?
  2. Nennen Sie drei Verwertungsmöglichkeiten für die Wärme aus einem (Holzagas-)BHKW im ländlichen Raum.
  3. Erläutern Sie (vereinfacht !!!) das Prinzip eines Holzkraftwerkes.

Ein seit Jahrtausenden besonders für die Verhüttung von Metallen genutzter Holzenergieträger ist die Holzkohle, heute eher als "Grillkohle" bekannt. Das Video dazu ist zwar sehr lang, erklärt aber im Großen und Ganzen den Verkohlungsprozess sehr anschaulich. Auch der Aufbau eines Kohlenmeilers wird darin sehr gut beschrieben: https://www.youtube.com/watch?v=_zMCfpU3sTs

Frage dazu: Welche Nebenprodukte fallen in flüssiger Form bei der Verkohlung an? (Nennen Sie zwei Beispiele)

Nun müsste die folgende umfassende Prüfungsfrage weitgehend zu beantworten sein:

  1. Nennen Sie fünf verschiedene Formen, in denen Holz energetisch genutzt werden kann und die jeweiligen Vor- und Nachteile davon.

 

 

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