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Holzgas-Technologie
Bei der Holzvergasung finden ähnliche Vorgänge wie bei der Holzver- brennung statt, allerdings bei stark reduziertem Sauerstoffangebot.
Dabei entsteht ein Produktgas (Holzgas), das nach einer Gas reinigung zur Produktion von Wärme, Strom, Kraftstoffen (Holzdiesel, Wasser- stoff, Kerosin etc.) oder als Ausgangsstoff für chemische Produkte eingesetzt werden kann (Abb. 1). Die Zusammensetzung des Pro- duktgases variiert je nach angewandter Vergasungstechnologie.
Wird das Gas aufbereitet, kann es in das Erdgasnetz eingespeist und über große Strecken zu Verbrauchern transportiert oder in Erdgas- speichern zwischengelagert werden.
Ideale Ergänzung zu Holzheizungen
Die Holzvergasung bildet eine ideale Ergänzung zu modernen Holz- heizungen (Pellets, Hackgut, Scheitholz), deren Stärke hohe Effizienz zu geringstmöglichen Kosten darstellt sowie zu Biogasanlagen, die aus nicht holzartiger Biomasse Gas erzeugen. Während kleine Holz- gasanlagen für die kombinierte Strom- und Wärmeproduktion hohe Brennstoffqualitäten benötigen, können größere Anlagen sowohl mit Holz als auch mit landwirtschaftlichen Reststoffen bis hin zu Klärschlamm betrieben werden. Weitere Vorteile sind die praktisch feinstaubfreie Verbrennung, hohe Energie effizienzen und die im Ver- gleich zu fossilen Raffinerien geringeren Anlagengrößen.
Biomasseeinsatz sinkt trotz Ausbau
Derzeit wird mehr als die Hälfte der Bioenergie für die Raum wärme verwendet. Trotz steigender Nutzung von Holzzentralheizungen sowie Biomasse-Nah- und -Fernwärme als Ersatz von Erdgas- und Ölheizungen nimmt die Menge des eingesetzten Brennstoffs im Raumwärmebereich langfristig ab, wodurch Ressourcen für andere Anwendungen frei werden. Seit 2010 wurden in Österreich etwa 6.000 MW an Biomassekesseln installiert; der gesamte Bioenergie- einsatz ist in diesem Zeitraum jedoch leicht zurückgegangen.
Ursachen sind die effizientere Kesseltechnik, verbesserte Gebäude- dämmung und wärmere Winter. Innerhalb der Holzheizungen werden
Pellets heizungen immer beliebter und verdrängen Scheitholz-
feuerungen, woraus sich zusätzliche Rohstoffpotenziale ergeben.
Holzangebot steigt auch langfristig
Aktuell herrscht ein enormes Überangebot an minderwertigem Holz.
Diese Situation wird aufgrund der Überlagerung mehrerer Effekte lange anhalten: Der steigende Einsatz nachwachsender Roh stoffe in Güterproduktion und Bauwirtschaft führt zu zusätz lichen Mengen an Nebenprodukten, Reststoffen und Abfällen (Waldhackgut, Brenn- holz, Sägespäne, Ablauge, Rinde, Altholz). Die Klima erhitzung und der notwendige Umbau der Wälder in Richtung Mischwald führt zu einem stark steigenden Anfall an minder wertigem Holz (Waldpflege, höhere Laubholz anteile, Sturmschäden, Schneebruch, Befall durch Borken käfer, Pilze oder Bakterien). Gelingt es nicht, diese Holz mengen zu nutzen, gelangt der im Holz gespeicherte Kohlenstoff durch
Verrottung als CO2 in die Atmosphäre und verschärft die Klimakrise.
Neue Absatzmärkte für Energieholz Weitere Informationen Holzvergasung – die neue Option
Holzgas
Strom - Kraftstoffe - Erdgasersatz
Impressum
Herausgeber, Eigentümer und Verleger: Österreichischer Biomasse-Verband, Franz Josefs-Kai 13, A-1010 Wien;
Chefredaktion: Dipl.-Ing. Christoph Pfemeter; Redaktion: Forstassessor Peter Liptay; Fachliche Beratung:
BEST GmbH, Biomasseverband OÖ, IG Holzkraft, Dr. Richard Zweiler; Gestaltung: Wolfgang Krasny, Peter Liptay;
Fotos: Bilder wurden von genannten Unternehmen zur Verfügung gestellt. Ausnahmen: Wikimedia Commons (2), Museum Sinsheim; Imbert Köln aus: Eckermann, E.: Alte Technik mit Zukunft, München 1986; Degener Verlag; DTU, Repotec GmbH, Göteborg Energi, MCI, SMS group (2), Güssing Energy Technologies GmbH, TU Wien (2); Druck: Print Alliance HAV Produktions GmbH, Druckhausstraße 1, A-2540 Bad Vöslau; Auf age: 15.000; Erscheinungstermin:
10/2020. Der Inhalt unseres Folders wurde mit größter Sorgfalt erstellt, für die Richtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität der Inhalte können wir jedoch keine Haftung übernehmen. Literaturquellen sind auf Anfrage erhältlich.
www.biomasseverband.at
Die Methode der Holzvergasung wurde vor mehr als 200 Jahren erfunden. Ab Beginn dieses Jahrhunderts haben innovative österreichische und deutsche Unternehmen die Technologie maßgeblich voran getrieben.
Lag der Fokus zunächst auf Strom und Wärme, gehört inzwischen auch die Produktion von Wasserstoff, synthetischem Erdgas, Diesel oder Kerosin zu den vielfältigen Anwendungen. Die Holzvergasung stellt somit eine bedeutende Weiterentwicklung der Bioenergienutzung und Verwirklichung der Bioökonomie dar.
Potenziale bei Weitem nicht genutzt
Geht man bis 2030 von einer Steigerung der Biomassekesselverkäufe von jährlich etwa 12.000 auf 40.000 Stück, dem Zubau von 1 TWh Strom aus fester Biomasse, der Einspeisung von 5 TWh erneuer- barem Gas, dem Bau von 500 zusätzlichen Biomasse-Nahwärme- anlagen und von 200 MW Local-Green-Gas-Anlagen in der Industrie sowie der Errichtung von 250 MW Großanlagen für die Produktion von Holzdiesel und Holzgas aus, bleiben noch immer etwa 190 PJ an nach haltig verfügbarem Bioenergiepotenzial ungenutzt (Abb. 2). Mit diesem Potenzial wäre der komplette Umstieg der Land- und Forst- wirtschaft auf Holzdiesel (Biomassebedarf 20 PJ) sowie der Betrieb sämtlicher Gaskraftwerke und Gas-KWK-Anlagen (Biomasse bedarf 50 PJ) möglich. Die Abwärme aus Holzvergasung und KWK- Anlagen kann einen beträchtlichen Beitrag zum Ausstieg aus Erdgas- heizungen und fossiler Fernwärme leisten (Abb. 3). Die restlichen Potenziale können zur Dekarbonisierung in Industrie, Gewerbe und Mobilität genutzt werden.
Von bilanziellem zu realem Klimaschutz
Zusammengefasst bietet die Holzvergasung die Chance für 100 % erneuer bare Fernwärme und 100 % reale (nicht nur bilanzielle) erneuerbare Stromerzeugung. Sie ermöglicht über die Produktion von Holzdiesel und Holzgas den Umstieg auf erneuerbare Mobilität in zur Elektrifizierung ungeeigneten Bereichen. Die Holzvergasung kann in verschiedenen Sektoren als Problemlöser enorme Kosten einsparen, weil bestehende Infrastruktur – vom Gasnetz bis zum Fahrzeugpark – weiter genutzt werden kann. Der Einsatz von aufwändig produzier- tem und aufbereitetem Holzgas in der Raum wärme wird (Aus nahmen
im dicht verbauten Raum) aufgrund kosten günstiger effizienter
erneuerbarer Alternativen nicht empfohlen.
Wirtschaftlichkeit Holzgasanlagen
Strom, Gas und Diesel aus Holz können zu Kosten produziert werden, die Endkundenpreisen konventioneller Energieträger inklusive Steuern, Abgaben und Netzkosten entsprechen. Allerdings sind die Preise für fossile Energieträger im internationalen Handel so gering, dass sich Holzgas anwendungen ohne Förderungen erst durchsetzen können, wenn fossile Energien nicht mehr zur Verfügung stehen oder entsprechend verteuert werden. Die Förderintensität großer Holzgas- und Holzdiesel anlagen (100 MW Brennstoffwärmeleistung) sowie Local-Green-Gas- Anwendungen liegen im unteren Bereich der Erneuerbaren. Für die ersten Anlagen werden zur Markteinführung Betriebsförderungen empfohlen. Aufgrund der niedrigen Strom preise benötigt insbesondere Strom aus Holzgas eine Betriebsförderung (Tarif oder Marktprämie).
Langfristig ohne Förderung
Bei der Bewertung der Holzgas-Technologien müssen neben den Pro- duktionskosten zusätzliche Effekte berücksichtigt werden: regionale Arbeitsplätze, Reduktion von Treibhausgasen, Verringerung von Investitionen in Stromspeicher, Nutzung bestehender Infra struktur, Reduktion von Energieimporten und Kaufkraftabfluss, Steigerung der Eigenversorgung und Krisenresilienz und nicht zuletzt der Auf- bau eines neuen Industriezweiges. Schon jetzt ist Österreich in der
Biomassekesselindustrie Weltmarkt führer. Wird das Regierungs-
programm umgesetzt und Österreich bis 2040 klimaneutral, ist der Einsatz fossiler Energie träger ausgeschlossen und Holzgas ohne
Förderung konkurrenzfähig. Der Waldumbau – hier Eichenpflanzung im Rahmen Klimafitter Berg-
wald Tirol – führt zu höheren Laubwald- und Energieholzanteilen.
Mit freundlicher Unterstützung
KWK – Strom und Wärme
Synthetisches Erdgas (SNG) aus Holz Holzdiesel (Fischer-Tropsch-Kraftstoff)
Local Green Gas
Auch für Temperaturen >1.000
°C
Bioenergie ist mit einem Anteil von 24 % nach Erdgas bereits zweit- wichtigster Energieträger für die Bereitstellung von Prozess wärme (Abb. 7). Einsatzschwerpunkte liegen in der Holzindustrie (haupt
- (Dampferzeugung). Die und Papierindustrie sächlich Industrieöfen)
direkte Verbrennung fester Biomasse
eignet sich nur im
Nieder- und emperaturen >1.000 °C erreichen. Ein Produkt Mitteltemperaturbereich <500 °C zur Erzeugung von Prozesswärme. Wird Holz in ein Produktgas umgewandelt, kann die Gasflamme bei der Verbrennung T
- Reinigung zum lässt sich ohne aufwändige gas aus Holzgasanlagen
direkten Erdgasersatz nutzen. Es müssen lediglich Erdgasbrenner durch Brenner für niederkalorisches Gas ersetzt werden.
Investförderung oder Marktprämie
Die Erzeugungskosten von Local Green Gas hängen von der Größe der
Anlage und den Betriebsstunden ab. Beim Erdgaspreis von 30
€/MWh €/MWh könnten An- oder 20 atro €/Tonne und Rohstoffkosten von 100 lagen mit 60 % Förderung und 8.000 Betriebsstunden etwa kosten
- gleiches Produktgas erzeugen (Abb. 8). Sinken die Rohstoffkosten auf
€ 75
/Tonne , könnten auch Anlagen mit 5.000 Betriebsstunden bei atro 35 % Förderung errichtet werden. Insgesamt hat die Investförde
- da erheblichen Anreiz darstellen, könnte das einen rung einen relativ geringen Einfluss auf die Gaserzeugungskosten. Würden Local-Green-Gas-Anlagen auf eine Quote für erneuerbares Gas angerechnet,
die Mehrkosten pro MWh gegenüber dem Marktpreis für Gas weitaus
niedriger sind als etwa bei synthetischem Erdgas (SNG).
Abb. 6: Mit steigender Brennstoffleistung sinken die Produktions
- €/MWh. MW betragen sie etwa 75 kosten von SNG; bei 100
Grünes Gas für Erdgaskessel
Eine weitere Option zur
Reduktion des fossilen Erdgaseinsatzes
sind werden, aufwändig gereinigt Produktgas nicht Local-Green-Gas-Anwendungen. Dabei muss das durch die Holz- vergasung erzeugte
sondern wird direkt (ohne Einspeisung ins Erdgasnetz) in einem
adaptierten Gasbrenner genutzt. Diese Technologie ist vor allem für Hochtemperaturanwendungen in der Industrie geeignet. Da die
Aufbereitung des Erdgases entfällt, ist die Produktion von Local
Green Gas wesentlich günstiger
als die Einspeisung ins
Erdgasnetz.
Eine umfangreiche Brennstofflogistik ist allerdings erforderlich. Dies
macht die Technologie besonders für Holzindustriebetriebe mit ent
- sprechendem Logistikkonzept interessant.
Industrie größter Erdgasverbraucher
Der Sektor Energie und Industrie ist für etwa 45
% der Treibhausgas -
emissionen in Österreich verantwortlich. Die Industrie
setzte 2018 % der Endenergie in Österreich ein. Davon ent mit 324 PJ etwa 30
- fielen 62 % auf Prozesswärme (Industrieöfen und Dampferzeugung), wofür als Energieträger zur Hälfte Erdgas eingesetzt wurde (Abb. 7).
Innerhalb des produzierenden Bereichs ist die Papier
industrie der etro-)Chemie sowie der größte Erdgasverbraucher, gefolgt von der (P Eisen- und Stahlerzeugung. Würde man die jährlich etwa 100
PJ Erdgas, die in der Industrie für Prozesswärme eingesetzt werden, durch holzartige Biomasse ersetzen, könnte man die Emissionen
um 6,75 Mio. T onnen CO
äq senken und damit das für die Industrie 2 errechnete Ziel aus der Klima- und Energiestrategie zu 90 % erfüllen.
Durch die Produktion von Holzdiesel könnte der gesamte land- und
forstwirtschaftliche Fuhrpark erdölfrei betrieben werden.
Abb. 4: Mit steigender Brennstoffleistung sinken die Produktions
- €/Liter. MW betragen sie etwa 1,2 kosten von Holzdiesel; bei 100
Strom rund um die Uhr
Holzverstromungs anlagen können zu jeder Zeit und Witterung
bedarfsgerecht konstante oder regelbare Energie liefern. In einem System, das verlässliche Strom bereit
stellung braucht, bieten sie eine preiswerte Alternative gegenüber fluktuierenden Stromerzeugern,
die durch Speicher ergänzt werden müssen. Holz-KWK- Anlagen
erzeugen anteilig sehr viel mehr Fernwärme (zwei Drittel) als Strom.
Damit decken sie etwa
17 % der gesamten österreichischen Fern
- wärmeproduktion. Gerade im Winter, wenn der erhöhte Strom
- bedarf von Wärmepumpen, Elektroheizungen oder Elektroautos zu
einem großen Teil aus fossilen Kraftwerken
und Atomstromimporten gedeckt wird, tragen Holzkraftwerke zur Entlastung bei.
Fokus auf kleinen Leistungsbereich
Der Wunsch, neben Wärme auch Strom zu produzieren, kam vor allem
vonseiten der Heizwerkebetreiber. Die Bereitstellung von Wärme
- . Wirtschaftlich sinnvoll ist die In- einem kontinuierlichen Wärmebedarf Anlage nur bei grundlast im Heizwerk durch die Holzgasanlage erspart im Sommer den Teillastbetrieb des Heizkessels. vestition in eine
im Sommer, z. B. bei größeren landwirtschaftliche Betrieben oder höherer Zur Erzielung Sägewerken. Ab 2010 wurden in Österreich an etwa 50 Standorten Holzgas-KWK-Anlagen installiert.
Leistungen wurden oft mehrere Anlagen in Kaskade geschaltet. In Österreich
gibt es Hunderte Heizwerke, bei denen der Umstieg auf kombinierte
Strom- und Wärmeproduktion technisch sinnvoll wäre.
EAG bildet neuen Rahmen
Im Entwurf des Erneuerbaren-Ausbau-Gesetzes (EAG), das 2021 in
Kraft treten soll, wurde der Neubau von zumindest 30 MW Biomasse- el KWK-Anlagen im Jahr festgelegt. Bis 2030 soll 1 TWh Strom aus Biomasse zusätzlich erzeugt werden, die Hälfte davon im Bereich
<500 kW
. Alle bestehenden Anlagen sollen ins EAG übernommen el werden und ihre Fördermöglichkeit auf 30 Jahre erhöht werden.
Vom starren T
arifsystem wird auf ein gleitendes Marktprämien- system umgestellt. Die Prämie ist ein variabler Aufschlag auf den
Marktpreis. Damit kann der Betreiber höhere Erlöse erzielen, muss aber den Strom selbst vermarkten. Entscheidend für den Erfolg des EAG wird der durch Verordnung zu definierende „Anzulegende W ert“
(Marktpreis plus Marktprämie) sein. Praxiserfahrungen zeigen, dass
eine effektive Vergütungshöhe von 2 1 bis 22 Cent/kWh für einen
wirtschaftlichen Betrieb erforderlich ist (Tab . 1).
Eigenschaften von Holzdiesel
Bei der Holzdieselproduktion wird aus dem durch die Holzvergasung
erzeugtem Produktgas mittels Fischer-Tropsch-Synthese ein Kraft
- reibstoff, der einen Drop-in-T sich um Es handelt stoff gewonnen.
alle gängigen Kraftstoffnormen erfüllt
und ohne Umrüstung in her- kömmlichen Fahrzeugen eingesetzt werden kann. Fischer-Tropsch- Kraftstoffe weisen sogar bessere Eigenschaften als ihre fossilen Pendants auf: Sie verbrennen deutlich schadstoffärmer und emittieren weniger Feinstaub und andere gesundheitsschädliche Luftschadstoffe.
Im Vergleich zu fossilen T
reibstoffen können mit Holzdiesel 90 % und gegenüber batterieelektrischen Autos (BEV) 75 % der T
reibhausgas- emissionen (Strommix Österreich) eingespart werden.
Sinnvoll, wo es an Alternativen fehlt
Die Biomassepotenziale für Holzdiesel sind ausreichend, um in Öster-
reich etwa die Landwirtschaft, das Militär, Flugzeuge, Baumaschinen,
Einsatz- und Kommunalfahrzeuge und einen T
eil des Schwerlast- Kraftstoffen zu versorgen. transports mit erneuerbaren
Für einen
Umstieg des Güter- oder des Pkw-Verkehrs reichen die P
oten ziale E-Mobilität, wie die stellen Alternativen, aus. Hier jedoch nicht
der Ausbau des öffent der ver stärkte Gütertransport auf der Schiene und
- . Holzdiesel kann seine Stärken lichen Verkehrs bessere Lösungen dar
vor allem dort ausspielen, wo es noch keine brauchbaren Alternativen gibt oder wo Spezialfahrzeuge über lange Zeiträume im Einsatz sind.
Mit Poster Technologieentwicklung
© Land Tirol
Tab . 1: Beispiel wirtschaftliche Erfordernisse für Holzgas-KWK Kosten
Abschreibung (Afa), Zinsen 6,8 Cent/kWh
el
Biomasse (Hackgut, Pellets) 12,5 Cent/kWh
el
Personal, Beschickung 4,4 Cent/kWh
el
Wartung, Service 2,7 Cent/kWh
el
Sonstige Kosten 0,6 Cent/kWh
el
Wärmeverkauf –6,2 Cent/kWh
el
Summe 20,8 Cent/kWh
el
Anlagenstandort bei Heizwerk in OÖ, Anlagengröße 1 10
kW
/230 kW el
; Quelle: Biomasseverband OÖ th
Tab . 5: K ennzahlen für Holzgas (SNG)-Anlage
Brennstoffwärmeleistung 100
MW 150 Mio. Investitionskosten
€ 400.000 fm/a 51 Mio. Nm Brennstoffbedarf SNG-Produktion
/a / 500.000 MWh/a 3 1 Produktionskosten
65 bis 80
€/MWh Abwärmeproduktion
20 MW Gesamteffizienz
80 % 7.500 h : je nach Holzpreisklasse. Quelle: TU Wien Volllaststunden 1
Abb 1: Holz wird zum Produktgas zerlegt, aus dem nach Reinigung über Syntheseschritte z. B. SNG oder Holzdiesel erzeugt werden kann.
Holz Gaserzeugung
Holzgas
Grobgas- reinigung
Feingas- reinigung
Wasserstoff Wärme
Strom
Synthetisches Erdgas (SNG)
Grüne Chemikalien FT-Kraftstoff Holzdiesel H2
CO
CO2
CH4 Rest 43%
10%5%
22%
20%
Vielfältige Anwendungen der Holzgas-Technologie
© TU Wien, Darstellung ÖBMV
Tab . 3: Wirtschaftliche Bewertung der Holzdiesel-Produktion
Holzpreisklasse (€/tatro)
HK 1 1
00 HK 75 HK 50
Investitionsförderung 66 %
45 %
24 % 0,13 €/l 0,24 €/l 0,36 2 Ökodiesel-Marktprämie
€/l €/t 60 €|t €/l exkl. MWSt.; 114 €/t 169 : Marktprämie bei Marktpreis fossiler Diesel 1,03 2 etc.; atro €/t 00 -Steuer 2 :HK 100=1 CO 1Wirtschaftlichkeit bei jeder der drei Maßnahmen (ohne Kombination) gegeben. Quelle: TU Wien
Beispiel Land- und Forstwirtschaft
Die TU Wien hat in einer Studie dargelegt, wie die österreichische Land- und Forst-
wirtschaft bis 2035 auf Holz diesel um - MW gestellt werden könnte. Dafür sind neun Anlagen der Größenordnung 100
Brennstoffwärmeleistung, verteilt über das Bundesgebiet, notwendig (Tab . 2,
Abb. 4). Als V
orteil könnte der bestehende Fuhrpark weiter genutzt werden. Laut Statistik Austria sind 420.000 Traktoren in Österreich zum Einsatz in
Land- und Forstwirtschaft zugelassen, jährlich kommen rund 4.000 hinzu. Müssten diese Fahrzeuge vor Ende ihrer Nutzungsdauer gegen
neue Antriebstechnologien getauscht werden, lägen die Kosten – unter
Annahme, dass diese Technologien zu
gleichen Kosten verfügbar sind
– €. Die Investitionen in Holzdieselanlagen würden mit € vergleichsweise gering ausfallen. Zudem könnte Österreich mit bei über 20 Mrd. 2 Mrd. dem Umstieg der Land- und Forstwirtschaft auf Holzdiesel den Großteil seiner EU-Ziele für fortschrittliche Biokraftstoffe erfüllen.
Holzdiesel als ergänzende Technologie
Holzdiesel bietet gemeinsam mit den bewährten Biotreibstoffen der ersten (erntebasiert) und zweiten (abfallbasiert) Generation (Biodiesel,
Bioethanol, Pflanzenöl) eine weitere Option, um rasch auf erneuerbare Energien umzusteigen. Der Einsatz von Biogastraktoren, E-Traktoren
oder Wasserstoff sollte ebenfalls weiterent wickelt und mit Förder
- programmen forciert werden. Holzdiesel kann mit fossilem Diesel und anderen Biokraftstoffen gemischt oder in Reinform in Dieselmotoren ein-
gesetzt werden. Mischt man zwischen 7 und 15 % Holzdiesel zu fossilen
Diesel bei, erhält man einen der Premiumkraftstoffe, wie sie bereits an
Tankstellen unter diversen Markennamen abgegeben werden. Wichtig ist, die Motorentechnik in Richtung höherer Beimengungen weiterzu -
ent wickeln. Viele Motoren und Maschinen sind für die Rein verwendung von Biokraftstoffen zugelassen. Dennoch besteht Aufhol bedarf, um die Möglichkeiten der Kraftstoffnormen vollständig zu nützen. Der Ausstieg
aus Erdöl kann nur
erfolgreich sein, wenn alle
vorhandenen alternativen Antriebsformen konsequent weiterentwickelt werden.
© ÖBMV
Abb. 8: Bei Rohstoffkosten von 75 €/Tonne
gewährleistet eine atro onkurrenzfähigkeit zu Erdgas. Investförderung von etwa 35 % die K
Papier und Druck ist in Österreich die Industriesparte mit dem höchs
- wie Eisen und Stahl. ten Erdgasverbrauch, vor der (Petro-)Chemie so
Local Green Gas bietet die Option, den hohen Erdgaseinsatz der Industrie für die Dampferzeugung durch Bioenergie zu ersetzen.
© UPM
GUSSINGRENEWABLE.COM
www.froeling.com www.syncraft.at
www.glock-ecoenergy.com www.regawatt.de
www.polytechnik.com www.gussingrenewable.com
www.xylowatt.com
Tab . 4: Wirtschaftliche Bewertung für SNG-Produktion
Holzpreisklasse (€/tatro)
HK 1 1
00 HK 75 HK 50
Investitionsförderung 72 %
44 %
16 % 34 €/MWh 42 €/MWh 50 2 Holzgas-Marktprämie
€/MWh 24 €/t 70 €/t 117 3 -Steuer 2 CO
€/t /t € 00 :HK 100=1 1
etc.; atro
: Marktprämie bei Steuern- und Abgabenbefreiung und Erdgaspreis 30 2
€/MWh.; €/MWh exkl. MWSt. (privat bezogenes Erdgas); : bei Erdgaspreis 60 3Wirtschaftlichkeit bei jeder der drei Maßnahmen (ohne Kombination) gegeben. Quelle: TU Wien
© Steyr Traktoren
www.riebenbauer.at www.lipro-energy.de
© SynCraft
Burkhardt GmbH Entrenco GmbH
Fröling Heizkessel- und Behälterbau GmbH GLOCK Ökoenergie GmbH
Hargassner GmbH
Holzenergie Wegscheid GmbH LiPRO Energy GmbH & CO. KG
Polytechnik Luft- und Feuerungstechnik GmbH ReGaWatt GmbH
Spanner Re2 GmbH
Stadtwerke Rosenheim GmbH & Co. KG Syncraft® GmbH
URBAS Stahl- und Anlagenbau GmbH Windhager Zentralheizung GmbH Xylowatt S.A.
Übersicht Holzgasanlagen
Anlagenhersteller
x = kommerzielle Anlagen realisiert; = noch keine kommerziellen Anlagen vorhanden; 1) Forschungseinrichtung; 2) Angaben gelten jeweils für ein Modul.
Unternehmensangaben, Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Einspeisung Holzgas ins Erdgasnetz Local Green Gas Holzdiesel Wasserstoff Biokohle
50-180 25-50 46-56 18-50
65-13320
30-50 420-2.300
9-600 50-180 200-1.000
120-600 750-2.000
Brennstoffwärme- leistung Vergaser kW von-bis Elektrische Leistung kW von–bis2) Thermische Leistung kW von–bis2)
x
BEST – Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH1)
GET – Güssing Energy Technologies GmbH Güssing Renewable Energy GmbH Pörner Ingenieurgesellschaft mbH Repotec/Aichernig Engineering GmbH Ing. Leo Riebenbauer GmbH
SMS group Process Technologies GmbH
Anlagenplaner
110-270 60-120 95-115 44-110
130-27060
60-90 870-5.600
22-1.200 110-380 155-1.540 250-1.000 1.500-4.000 400-1.500
1.600-8.000
700-3.000 500-2.000
7-100 2.800-7.300
x x Holzgas-KWK-Anlagen
x x
xx
xx
x
xx
xx
x 100–35.000
4.500-45.000 500–45.000
1.000–20.000
1.200-2.400
18-540
1.400-24.000
44-810
www.hargassner.at
Tab . 2: K ennzahlen für Holzdiesel-Anlage
Brennstoffwärmeleistung
100 MW 202 Mio. Investitionskosten
€ 400.000 fm/a Brennstoffbedarf Treibstoffproduktion
40 Mio. Liter/a 1 Produktionskosten
1,15 bis 1,4 2
€
/Liter 20 MW Abwärmeproduktion Gesamteffizienz
70 % 7.500 h : bei 8.000 h inkl. Nebenprodukte; Volllaststunden 1
: je nach Holzpreisklasse. Quelle: TU Wien 2
ARBEITSGEMEINSCHAFT
BIOMASSE-NAHWÄRME
Investitions- und Produktionskosten von Holzgasanlagen
nach Anlagengröße
300 250 200 150 100 50
0 0
40
80 60 20
100 120 160
200 180 140
Mio.
€ bzw.
€/MWh Thermische Brennstoffleistung in MW
th
Produktionskosten (€/MWh) Investitionskosten (Mio. € )
Investitions- und Produktionskosten von Holzdieselanlagen
nach Anlagengröße
400 350 300 250 200 150 100 50
0 0
40
80 60 20
100 120 160
200 180 140
Mio.
€
Produktionskosten abzüglich Einnahmen (LCOP)ohne Steuern in €/l
Thermische Brennstoffleistung in MW
th
Produktionskosten Investitionskosten
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
Gestehungskosten eines Produktgases (Local Green
Gas) für eine Anlage mit 1.000 kW
(1.600kW th
) BWL
0 20
40 30 10
50 60
Brennstoffpreis
€ in
/Tonne
atro
Investitions-Förderquote in %
100 (5.000 BH/Jahr) 100 (8.000 BH/Jahr) 75 (5.000 BH/Jahr)
75 (8.000 BH/Jahr) 50 (5.000 BH/Jahr) 50 (8.000 BH/Jahr)
Annahmen: Daten aus einer Untersuchung von verschiedenen Holzgasanlagen, die laut gemittelten Hersteller- und Betreiberangaben an einem konkreten
Beispiel durchgerechnet wurden. Kapitalverzinsung 3 %, 7.500 V
olllaststunden, Amortisations zeit zwölf Jahre, jährliche Brennstoffkostensteigerung 3
%, el, Trocknungstechnik und Brennstofftrocknung Berechnung Biomasseverband OÖ, Darstellung ÖBMV. Anlagen größe 20 bis 150 kW berücksichtigt;
Abschätzung der Wirtschaftlichkeit:
1.) Suchen Sie in der Tabelle die K ategorie (Buchstaben-/Ziffern-Kombination), die den Investitions- und Wärmegestehungskosten (nach dem Kessel, vor der Wärmeverteilung) entspricht! 2.) Auf der X-Achse der Grafik finden Sie die Kategorie aus der T
abelle. Am . Schnittpunkt mit der Linie des realisierbaren Rohstoffpreises können Sie nun auf der Y-Achse ablesen, welcher Stromerlös mindestens notwendig ist, damit sich die Anlage innerhalb von zwölf Jahren amortisiert. Liegt der realisierbare Strompreis über diesem Wert, kann sich die Anlage früher amortisieren; liegt er darunter, später Beispiel: Ein Heizwerk, das eine Investition von 6.500
€
pro zu installierender KWh elektrischer Leistung plant und Wärmegestehungskosten von etwa 45
€
/MWh C5), benötigt einen Ein- ) nach dem Kessel hat ( atro (Hackgutkosten: 150 €/Tonne speisetarif von mindestens 18,3 Cent/KWh, um sich nach zwölf Jahren zu rentieren.
Beispiel Gewerbe: Für ein Krankenhaus, das bisher fossil mit Wärmegestehungs-
kosten von 60
€ /MWh beheizt wurde und das Hackgut um 150
€/Tonne
atro
beziehen kann, würde sich eine Investition von 5.500
€
pro kW zu installierender ) bei einem Strompreis von 14,2 Cent/KWh nach etwa elektrischer Leistung (A8 zwölf Jahren amortisieren.
Hierbei handelt es sich um eine grobe Abschätzung, die auf Durchschnittswerten beruht und Ihnen eine Hilfestellung geben soll, ob sich eine weitere Auseinander
- setzung mit dem Themengebiet Holzgas-KWK für Ihren Betrieb lohnen könnte. Wollen Sie wirklich sichergehen, lassen Sie sich beraten!
Investitionkosten/ 5.500
€/ 6.000
€/ 6.500
€/ 7.000
€/ 7.500
€/ kWel kWel kWel kWel kWel Wärmepreis
€/MWh 25
A1 B1
C1 D1
E1
€/MWh 30
A2 B2
C2 D2
E2
€/MWh 35
A3 B3
C3 D3
E3
€/MWh 40
A4 B4
C4 D4
E4
€/MWh 45
A5 B5
C5 D5
E5
€/MWh 50
A6 B6
C6 D6
E6
€/MWh 55
A7 B7
C7 D7
E7
€/MWh 60
A8 B8
C8 D8
E8
Wirtschaftlichkeitsabschätzung bei einer Amortisation von zwölf Jahren
Mindestpreis Strom Cent/kWh A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E2 A3 B3 C3 D3 E3 A4 B4 C4 D4 E4 A5 B5 C5 D5 E5 A6 B6 C6 D6 E6 A7 B7 C7 D7 E7 A8 B8 C8 D8 E8
Brennstoff- kosten:
200
€/Tonne
atro
175
€/Tonne
atro
150
€/Tonne
atro
125
€/Tonne
atro
100
€/Tonne
atro
29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 9
Pellets Wald und
Holzwirtschaft Landwirtschaft Abfälle und
Reststoffe
Bioenergie gesamt
Entwicklung Bruttoinlandsverbrauch Bioenergie 1970 bis 2018 und Verbrauchsabschätzung 2030 sowie Potenzial
1970 1980 1990 2000 2010 2018 2030
Verbrauchs- dämpfung Verbrauchs- steigerung
Potenzial 500
400
300
200
100
0 PJ
Energie-
einsatz Verbrauchsänderung
2018 bis 2030 Energie-einsatz
PJ 2018 — + Bilanz 2030
Pellets 14 Erhöhung Kesselverkäufe
auf 40.000 Stück/a 2 22 20 34
Wald und
Holzwirtschaft 137
Ökostrom
feste Biomasse 7 10 3
Holzheizungen <1 MW 18 11 -7 147
Holzkessel Industrie
Fernwärme >1 MW 3 10 7
Holzgas/Holzdiesel 7 7
Landwirtschaft- liche Rohstoffe (inkl. Biogas)
37 Konstante Verstromung
+ 5 TWh grüne Gasein- speisung, Biotreibstoffe 1. Generation konstant
3 20 17 54
Abfälle und
Reststoffe 44 konstant 44
Summe 232 33 80 47 279
Quelle: Statistik Austria, Energiebilanzen1970–2018; Potenzialabschätzung ÖBMV
{
270 PJ
Bundesministerin Köstinger und ÖBMV-Präsident Titschenbacher (re.) besuchten die Holzgasforschung von Prof. Hofbauer an der TU Wien .
© Gruber/BMLRT
© Liptay/ÖBMV
Quelle: TU Wien Quelle: TU Wien
Quelle: proPellets Austria, PMS GmbH
Erdgas: Verwendung in Österreich
Erdgas ist in Österreich der mengenmäßig zweitbedeutendste Energie-
träger. Österreich verfügt über ein weit verzweigtes Erdgasnetz von 44.000 km Länge und Gasspeicher, die den Jahresbedarf an Erdgas
zwischenlagern können. 37 % des Erdgases wird in der Industrie,
26 % für die Stromerzeugung und
18 % in
der Raumwärme eingesetzt (Abb. 5). Der Rest verteilt sich zu etwa gleichen T
eilen auf Gewerbe, , stoffliche Nutzung, Heizwerke und den Energie bereich. Über Verkehr die Stromerzeugung und die anfallende Abwärme ist der Erdgas sektor eng mit der Bereitstellung von Strom und Fernwärme verknüpft. Erd- gaskraftwerke bilden das Backup der Stromproduktion
und stellen sie essenziell für erfügung. Damit sind Leistung zur V flexible
eine sichere Stromversorgung. Die Bundesregierung hat sich das Ziel ge
- setzt, bis 2030 5 TWh erneuerbares Gas ins Erdgasnetz einzuspeisen.
Grünes Gas für 50 % des Bedarfs
Eine Potenzialabschätzung der Forschungseinrichtung BEST hat ergeben, dass etwa die Hälfte des Erdgasverbrauchs durch erneuer
- Anwendungen den oder anderen bares Gas (Biogas und Holzgas) gedeckt werden kann, ohne an die Nachhaltigkeitsgrenzen zu gelangen
Rohstoff zu entziehen. Für
die Umsetzung der Energiewende
muss von aus zusätzlichem Einsatz auch bei insgesamt – der Gasverbrauch Strom produzierten Synthese gasen – stark reduziert werden. Daher sollte erneuerbares Gas prioritär dort verwendet werden, wo es keine
brauchbaren Alternativen gibt. In der Raumwärme sollte Gas nur mehr in Ausnahmefällen zum Einsatz kommen, wenn keine anderen
Lösungen (Fernwärme, Nah wärme, P
ellets- oder Holzheizungen, Solar- thermie, Wärmepumpen) verfügbar sind. Die Studie „Wärmezukunft
2050“ der TU Wien hat dargelegt, dass für fast alle Gasheizungen eine
konkurrenz fähige erneuerbare Alternative vorhanden ist.
Biogas schließt Winterstromlücke
Besonders im Winterhalbjahr ist Österreich zur Deckung des In- landsstromverbrauchs auf fossile Stromproduktion und Stromim-
porte angewiesen. 2019 lag die Differenz zwischen der erneuerbaren
Strom produktion und dem Strombedarf im Winterhalbjahr (Winter
- stromlücke) bei 15 TWh. Diese Lücke wurde durch Importe und fossile Stromproduktion gedeckt, davon fast 8 TWh durch Strom aus fossilem
Erdgas. Biomethan kann einen wesentlichen Beitrag zur Schließung der Winterstromlücke leisten. Eingespeistes Holzgas (SNG) sollte daher primär im bestehenden Kraftwerkspark zur kombinierten Strom- und Wärmeproduktion oder in Spitzenlastkraftwerken eingesetzt werden.
Dadurch würde sich sowohl der CO
-Fußabdruck der Fernwärme (Ab- 2
wärme aus Gas-KWK wäre zum Teil erneuerbar), als auch jener der Elektromobilität und der Wärmepumpen verbessern.
Gasabwärme ersetzt Gasthermen
Der priorisierte Einsatz von in das Erdgasnetz eingespeistem Holzgas
(SNG) in Stromerzeugung, Mobilität
und Industrie kann die
Energie- wende in vielen Bereichen vervollständigen. Die bei der Holzgas- und
Holzdieselproduktion anfallende Abwärme würde ausreichen, um etwa die Hälfte des derzeitigen Erdgaseinsatzes in der Raumwärme zu ersetzen. Dazu ist allerdings die konsequente Umrüstung von mit Erd-
gas beheizten Objekten auf
Fernwärme erforderlich.
Wie Holz
diesel kann auch Holzgas (SNG) in einigen Bereichen der Mobilität einen
wesentlichen Beitrag leisten. Gasbetriebene
Pkw, Lkw und Busse
sind am Markt verfügbar.
Abb. 5: Erdgaseinsatz in Österreich 20 18 nach Sektoren und möglicher Beitrag von Biomethan zur Defossilisierung des Gasnetzes bis 2040
Haushalte
KWK Kraftwerke
Industrie Gewerbe
Verkehr
Stoff- liche Nutzung Heiz- werke Energie- sektor Lw.
37 % 18 %
16 % 10 %
4 % 4 %
4 % 3 % 3 %
<1 %
Local-Green-Gas-Anwendungen in Papier- und Holzindustrie und anderen Bereichen Erdgasersatz durch
Fernwärme basierend auf Abwärme der Holzvergasung
Erdgaseinsatz in Österreich im Jahr 2018 nach Sektoren
Quelle: Statistik Austria, Energiebilanz 2018; Potenzialabschätzung ÖBMV
Gesamt: 310 PJ Abb. 7: 62 % des Endenergieverbrauchs der Industrie sind Prozess
- wärme, wobei zur Hälfte Erdgas als Energieträger eingesetzt wird.
Industrie-
Dampf- erzeugung öfen
Stand- motoren
Raum- heizung
EDV/ Beleuchtung
Elektro- chemie
0 20 40 60 80
100 PJ Bioenergie
Fernwärme Wärmepumpe Strom Brennbare Abfälle Heizöl, Flüssiggas Diesel, Benzin
K
ohle Erdgas
Endenergieverbrauch der Industrie in Österreich 2018
Abb. 2: Die Gegenüberstellung steigernder und dämpfender Effekte ergibt eine Verbrauchsteigerung um 47 PJ Bioenergie bis 2030.
Mit dem Bau neuer Anlagen, wie etwa Biomasseheizwerken, können die steigenden Schadholzmengen verwertet werden.
© Liptay/ÖBMV© Quelle: Statistik Austria, Nutzenergieanalyse Österreich 2018
Abb. 3: Der Großteil des Zusatzpotenzials Bioenergie könnte zur Wärme- und Stromerzeugung im Winterhalbjahr eingesetzt werden.
44 40 36 32 28 24 20 16 12
€/MWh
GAS
Industrie Haushalte
Local-Green-Gas-Anwendungen in Papier- und Holzindustrie sowie anderen Bereichen
37 % 18 %
Erdgasersatz durch Fernwärme basierend auf Abwärme der Holzvergasung Fossiles Erdgas Möglicher fossiler Erdgasersatz durch
SNG (Holzgas, Bio- gas), Local-Green- Gas und Abwärme aus SNG- und Holz- dieselerzeugung
Gas-KWK (Bestand)
Kraftwerke Gas
(Bestand)
Local Green Gas
Kraft-FT-
stoffe
Lokale KWK
Holz - heizungen Gas-Heizwerke Bestand Verkehr
Quelle: ÖBMV
Biomasse-Potenziale nach Anwendungen und Sektoren in PJ
Primärenergie 270
Einsatz mit Schwerpunkt Winterhalbjahr 192 Raum-
wärme 22
Abwärme KWK Fernwärme
16 Abwärme aus
Vergasung und lokaler KWK 55 Holzvergasung und Biogas zur Nutzung land- u. forstw. Einsatzstoffe
Stromproduktion 134
Mobilität/Transport 60 10
Einspeisung Erdgasnetz 170 Industrie 25
SP 02Z032170S Ökoenergie 116A/ Verlagspostamt 1010 Wien, Österreichische Post AG
Beispielhafte Zusammensetzung Produktgas für Dampfvergasung; bei Luftvergasung beträgt Stickstoffanteil 40 bis 50 %
www.poerner.at
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