Qualitätsmerkmale biogener Festbrennstoffe

ENERGIE

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Hans Hartmann und Thorsten Böhm, Freising

Qualitätsmerkmale

biogener Festbrennstoffe

Merkmale und Einflüsse auf qualitätsbe­

stimmende Eigenschaften biogener Festbrennstoffe sind vielfältig. Nur weni­

ge lassen sich gezielt durch Maßnahmen wie Düngungsumstellung oder verlängerte Feldverweilzeiten beeinflussen. Der Verzicht auf chlorha ltige Düngemittel senkte den Cl-Gehalt in Versuchen mit Triticalestroh nur wenig. Chlor und Kali­

um sind aber nach der Ernte leicht durch Niederschläge auszuwaschen, wie Versu­

che mit Landschaftspflegeheu zeigen.

Dadurch treten auch Verbesserungen beim Ascheerweichungsverhalten ein.

den stofflichen Aufbau der relevanten Pflanzenteile werden viele Merkmale be­

reits vorbestimmt. Um eine Qualitätsbe­

wertung zu ermöglichen, wurde eine Da­

tenbank mit einer Vielzahl a ktueller Brennstoffanalysen aus einer umfangrei­

chen Recherche aufgebaut. Darüber wird in einer der kommenden Ausgaben der " Landtechnik" berichtet.

Die N utzung von Möglichkeiten, durch Sortenwa hl oder gar d u rch Pflanzenzüch­

tung eine gezielte Qualitätsbeeinflussung vorzunehmen, befindet sich derzeit noch Tab. 1 : Qualitätsmerkmale biogener Fest-

s

dards haben auch bei den biogenen Table 1: Quality characteristics of solid Festbrennstoffen zu Forderungen nach _biofuels

Qualitätsverbesserungen gefü hrt.

in einem Frühstadi u m . Die Sorten prüfung auf Schadelementa ufna h me bei Gräsern und Getreide oder d i e züchterische Se­

lektio(l mit dem Ziel einer Absenkung des Wassergehaltes bei Weiden sind hier als einige Beispiele aus der europäischen

Forsch ungspraxis zu nennen.

Erntetermin

Ebenfalls zu den beei nflußbaren Bestim­

m u ngsgrößen zä hlt d ie Wahl des Ernte­

termins. Bei Kultu ren , die bis zum Erntezeitpunkt zunehmend a us a bgestor­

benem M aterial bestehen, ist von Verän­

derungen im Elementgehalt infolge von Verlagerungs- und Auswasch ungseffek­

ten a uszugehen. Fü r M iscanthus, bei­

spielsweise, wurde im Stenge! ein um et­

wa 50 % verringerter Kalium- und um 75

% verringerter Chlorgehalt d u rch Verle­

gung des Erntetermins von Dezember a uf Februar erzielt, wobei d ie Blätter auf­

gru nd der bereits frü her eintretenden Rei­

fe ohnehin schon seh r n ied rige Geha lte aufweisen [1]. Bei Stroh und Getreide­

ganzpflanzen ist der zeitliche S pielraum für die Ernte jedoch geringer. Hinzu kommt, daß das Stroh zur Tot­

Die vielfältigen Eigenschaften der Qualitätsmerkmal Wichtigste Auswirkung

Brennstoffe lassen sich im wesent- f---'C-he-m-is-ch---sto_ff._li_ch_e_M_e-rk-m-al-e:---''-----"-----------l

reife des Korns oft noch phy­

siologisch a ktiv ist u nd somit einem gewissen Auswa­

sch ungssc h utz u nterliegt. Die in Bild 2 dargestellten Analy­

senergebnisse aus einem hierzu angestellten Feldver­

such zeigen daher für Tritica­

le nur geri nge Verä nderu ngen Iichen zwei verschiedenen Merk- Wassergehalt Lagerfähigkeit, Heizwert, Verluste, Selbstentzündung

malgruppen zuord nen, den ehe- ^Heizwert Brennstoffausnutzung, Anlagenauslegung Elementgehalte:

misch-stofflichen sowie den physi- _c1 kalischen Eigenschaften ( Tab. ] ) . ^N Auch bei den U rsachen für Qua-

�

litätsschwankungen kommen vie- _{Mg, ca, p} lerlei Einflüsse in Frage. Sie lassen

sich generell zwei Phasen der Pro­

zeßkette zuordnen, der Wachs­

tumsphase, in der hauptsächlich die chem isch-stofflichen M erkma­

le ausgeprägt werden, und der Be­

reitstellungsphase, in der vor allem die physikalischen Eigenschaften

Schwermetalle Aschegehalt

Ascheerweichungspunkt Pilzsporen

Physikalische Merkmale:

Lagerungsdichte Teilchendichte

a usgebildet werden ( Bild 1 ) . I n Größenverteilung

Phase 1 1 1 (energetische U mwand- Feinanteil

lung) werden schließlich d ie Aus- Abriebfestigkeit

HCI-, Dioxin/Furanemissionen, Hochtemperaturkorrosion NO,-, HCN- und N20-Emissionen

SO,-Emissionen

Hochtemperaturkorrosion, Ascheerweichungsverhalten Ascheerweichungsverhalten, Ascheeinbindung von Schadstoffen, Ascheverwertung

Schadstoffemissionen, Ascheverwertung Partikelemission, Rückstandsverwertung Anlagenbetriebssicherheit, N iveau des Schadstoffausstoßes

Gesundheitsrisiken

Transport- und Lageraufwendungen, Logistikplanung Feuerungseigenschaften (spezifische Wärmeleitfähigkeit, Entgasungsrate)

Rieselfähigkeit, Brückenbildungsneigung, Trocknungs­

eigenschaften, Staubbildung

Lagerdichte, Lagerfähigkeit, Staubbildung Entmischung, Verluste

Wirkungen unterschiedlicher Qua- '---'

l itäten sichtbar. Nachfolgend sollen a us- schließlich d ie chemisch-stofflichen Eigenschaften betrachtet werden.

Zu den wichtigsten Einflußgrößen zählt die brennstoffliefernde Kulturart sel bst.

Durch ihr spezielles Nähr- und Schad­

stoffa neignungsvermögen oder durch Dr. agr. Hans Hartmann und cand. agr.

Thorsten Böhm sind Mitarbeiter der Bayeri­

schen Landesanstalt für Landtechnik (Leiter:

Prof Dr. Dr. h.c. H. Schön), Vöttinger Straße 36, D-85354 Freising, e-mail: hans@tec.

agrar. tu-muenchen. de

Die Arbeiten wurden vom Bayerischen Landesamt für Umweltschutz gefördert. Die Autoren bedanken sich beim Institut für Pflanzenbau der Universität Hohenheim (Dr.

/. LewandowskiJ für die gute Zusammenarbeit bei der Gewinnung der Getreideproben 134

Phase 1:

Wachstumsphase

Klima

Schadstoff­

einträge 'r-..3...--'-....L..--i!!::..,

Pflanzen­

schutz­

mittel

Düngung

Phase II:

Bereitstellung

Lagerung Aufbereitung Trocknung

beim Kal i u m- und Chlorgehalt im Zeitra u m zwischen der M ilchreife ( 1 . Termin) und der

Bild. 1: Einflüsse auf die Qua­

litätseigenschaften biogener Festbrennstoffe

Fig. 1 : Factars influencing the quality of solid biofuels

Phase 111:

energetische Nutzung

larennstoffmerkmaled

Wassergehalt physikallsehe umweltrelevante Eigenschatten Inhaltsstoffe

Pilz-

sporen Asche- erweichungs­

verhalten

Heiz­

wert

53. Jahrgang LANDTEC H N I K 3/98

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Bild 2: Einfluß des Erntezeitpunktes auf den Elementgehalt im

Triticalestroh. Kalium­

düngung (Herbstga­

be): 240 kg K20iha (mit 0 und 181 kg Cl/ha).

Maßnahmen auch mit M ehrkosten ver­

bunden. Beispielsweise führt der Chlor­

verzicht in der Düngung bei ei ner jährli­

chen Kaliumgabe von 200 kg K20/ha zu Mehrkosten von rund 95,- D M/ha . Bei ei­

nem Strohertrag von 5 t/ha e rrech net sich daraus eine Verteuerung von 19 D M/t.

Äh n l iches gilt für d ie Verlängerung der Feldverweilzeit, d ie in der R egel zu Mas­

senverlusten fü hrt und zudem von unsi­

cheren Erfolgsaussichten begleitet ist.

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Fig. 2: Effect of harvesting date and K­

fertilizer type an element concentration in triticale-straw.

Potassium fertilization (autumn). 240 kg K20iha (with 0 and 181 kg Cl/ha).

Literatur

29.06 04.07 09.07 14.07 19.07 24.07 29.07 03.08 08.08 [ 1 ] Lewandowski, 1.: Einflußmöglichkeiten der Pfla nzenproduktion auf die B rennstoffeigen­

schaften am Beispiel von G räsern. l n : .,Ei­

genschaften fester Bioenergieträger". Schrif­

tenreihe .,Nachwachsende Rohstoffe" (6), Datum Date

Totreife (4. Termin). Der Stickstoffgehalt geht a llerdings deutlich u m rund ⁵⁰ % zurück. H ier kommt es offenbar zu Um­

verlagerungsprozessen zwischen Stroh u n d Korn .

Auswaschung nach der Ernte

Qualitätsverbessernde Effekte d u rch N ie­

derschläge sind vor allem nach der Ernte zu erwarten . M it zunehmender Feldver­

wei lzeit nach dem Schnitterm in wird die Materialstruktur brüchig und d u rch lässig, so d a ß leicht lösliche Verbindungen aus­

gewaschen werden kön nen. Diese Aus­

waschu ng wird in Bild 3 (oben) anhand von Feldversuchen mit La ndschaftspfle­

geheu dargestellt, welches im Schnitt­

schwad a bgelegt worden war. Zur besse­

ren Vergleichbarkeit der Ergebnisse wur­

de eine I ndexdarstellung gewählt. d ie vor allem d ie hohe Mobil ität von Chlor und Ka lium zeigt. Stickstoff und Schwefel sind dagegen kaum veränderbar. Kleinere Re­

gen ereignisse zeigen allerdings direkt nach der Ernte noch keine Auswirkung, zumal d ie noch wenig strapazierte Gras­

masse einen Teil des N iederschlags a b­

fängt ( l nterzeption) . Erst ergiebige Gewit­

terniederschläge von etwa 30 mm haben einen positiven Effekt. ln geringerem M a ße beginnt der Auswaschungsprozeß schon vor dem Schnittermin, wenn, wie im vorliegenden Fall, d iese Phase in eine ausgedehnte Feuchteperiode fä llt.

Auswaschungsbed ingte Veränderun­

gen im Aschegehalt konnten nicht nach­

gewiesen werden. Statt dessen kommt es zu einem Anstieg am Erntetermin ( Bild ^{3 ,} Mitte). Hierfür lassen sich Verschmutzu n­

gen durch Staubaufwirbelung infolge des Sch nittvorgangs (Scheibenmä hwerk) und Sta u beinträge durch Anwehung verant­

wortl ich machen. Dieser Anstieg bewirkt tendenziell einen leicht sinkenden Heiz­

wert, der ansonsten kaum veränderlich ist. Dagegen ergeben sich deutlich positi­

ve Effekte beim Ascheerweichungsver­

halten, angezeigt d u rch d ie steigenden Sinterbeginn-, Erweichungs-, Hal bkugel­

und Fließtemperaturen ( Bild 3, unten).

53. Jahrgang LANDTECHNIK 3/98

Düngung

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Der Chlorgehalt in der Pflanze hä ngt auch

von der verwendeten Kaliumdüngungs­

farm ab. ln den hier dargestellten Versu­

chen (Bild 2) führte der Verzicht a uf ein chlorhaltiges Dü ngemittel (60er Kali) d u rch Verwendung eines sulfatischen Düngers ( Kalimagnesia) nur zu einer 6- bis 2 1 %igen Ch lorm inderung bei Tritica­

le. Der Schwefelgehalt blieb jedoch auch bei sulfatischer Ka liumdü ngung (hier 1 45 kg S/ha ) völlig unbeeinflußt. Diese gerin­

gen Ch lorgehaltsänderungen stehen im Widerspruch zu dänischen Feldver­

suchsergebnissen. Dort halbierte sich der Chlorgehalt im Stroh beim Wechsel zu ei­

nem chlorfreien Dünger schon bei einer Düngungsstufe von nur 1 00 kg K20/ha [2]. Die Tatsache, daß

( H rsg.), Landwirtschaftsverlag M ünster, 1996, s. 32-48

[2] Sander, 8.: Fuel Data for Dan ish Biofuels and l m provement ofthe Qua lity of Straw and Who­

le Crops. l n : Biomass for Energy and the En­

vironment (Val. 3). Proceedi ngs ofthe 9th Eu­

ropean Conference on Bioenergy in Copen­

hagen, June 1996, Elsevier Science Ltd., Oxford, Engla nd, pp 490-495

Schüsselwörter

B iogene Festbrennstoffe, Qualitätsmerk­

male, Einflu ßgrößen

Keywords

Solid biofuels, quality characteristics, in­

fluential factors Chlor leicht a uswasch­

bar ist, läßt verm uten, daß das .,Tim ing" der Düngergabe sowie d ie klimatische Wasserbi­

lanz a m Standort mögli­

cherweise von wesent­

lich größerer Bedeutung ist, als d ie Chlordün­

gungsmenge selbst.

Fazit

Bei den chemisch-stoffli­

chen Merkmalen ma­

chen komplexe Wech­

selwirkungen eine ge- zielte Einflußnahme schwierig. Gleichzeitig sind q ualitätssteigernde

Bild 3: Einfluß des Ernteter­

rnins und der Feldverweil- zeit (Auswaschung) auf die Brennstoffqualität von Landschaffspflegeheu Figure 3: Effect of har-

vesting date and field retention time (leaching) an biofuel quality parameters

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