Die im Folgenden dargestellten Biomasse-Pyrolyse-Verfahren legen den Fokus darauf, aus Biomasse neben Strom und Wärme insbesondere Biokohle oder Bioöl zu erzeugen. Bioöl kann weiter zu Kraftstoffen aufbereitet oder direkt als lagerbarer Brennstoff in Turbinen oder Bioölbrennern eingesetzt werden. Biokohle kann als Grill- oder Industriekohle, als Bodenverbesserer mit Düngewirkung, als Additiv für Tierfutter oder in der pharmazeutischen Industrie genutzt werden.

Zur Biokohleherstellung können auch biogene "low-grade" Reststoffe wie Siebüberlauf aus Kompostanlagen, Gärreste aus Biogasanlagen oder Grünschnitt, welche aufgrund ihres hohen Aschegehaltes nicht oder nur schwer in konventionellen Verfahren zur energetischen Nutzung von Biomasse eingesetzt werden können, genutzt werden.

Bioöl und Pyrolysegas können durch weitere Aufarbeitung einen Ersatz für fossile Treibstoffe darstellen oder aber direkt vor Ort oder außerhalb des Erzeugungsprozesses zur Produktion von Strom und Wärme in z.B. BHKWs genutzt werden.

Auslass aus einer Turbinen-Brennkammer beim Einsatz von Pyrolyseöl (Quelle: OPRA Turbines International BV)

Flammenbild eines von BIOS entwickelten Ultra-Low-Emission-Pyrolysegasbrenners

Durch derartige Bioraffinerien auf Basis Biomassepyrolyse wird somit ein wertvoller Rohstoff neben der Produktion von Strom und Wärme erzeugt, was einen Mehrwert generiert.

Rohstoffe – Verfahren – Produkte

Die dargestellte Grafik sowie die beiden nachfolgenden Verfahrensschemata geben einen Überblick, aus welchen Rohstoffen verschiedener Qualität mit Hilfe welcher Verfahren welche Produkte hergestellt werden können.

Zur Erzeugung von Holzkohle wird langsame Pyrolyse (in Batch- oder kontinuierlichen Verfahren) bei Temperaturen zwischen 400 und 500°C und einer Verweilzeit von typischerweise über einer Stunde eingesetzt. Die Korngröße der eingesetzten Biomasse liegt typischerweise im Bereich von grobem Hackgut bis zu Scheitholzgröße, der Wassergehalt zwischen 5-10 Gew% d. TS.

Zur Erzeugung von Pyrolyseöl wird schnelle Pyrolyse in kontinuierlichen Verfahren bei Temperaturen im Bereich von 500°C und einer Verweilzeit von typischerweise einigen Sekunden eingesetzt. Die Korngröße der eingesetzten Biomasse liegt typischerweise im Bereich kleiner 5 mm, der Wassergehalt um die 5 Gew% d. TS.

Verfahrensschema 1: Langsames Pyrolyseverfahren zur Biokohleproduktion mit gekoppelter KWK-Anlage.

Verfahrensschema 2: Kontinuierliches Schnell¬Pyrolyse¬verfahren zur Produktion von Bioöl und Pyrolysegas (Pyrolysegas kann zur Wärme- und Stromproduktion eingesetzt werden).

Bei der Biokohleproduktion werden rund 60% der mit der Biomasse zuführten Energie in die Biokohle eingebunden, rund 30% sind als Wärme- bzw. Strom nutzbar, der erzielbare Gesamtwirkungsgrad liegt bei rund 90%.

Bei der Bioölproduktion werden rund 65 % der mit der Biomasse zuführten Energie in das Bioöl eingebunden, rund 20% sind als Wärme- bzw. Strom nutzbar, der erzielbare Gesamtwirkungsgrad liegt bei rund 85%.

Produkte

Bei Biokohle kann zwischen Holzkohle und Pflanzenkohle unterschieden werden.

Holzkohle: Die erzeugte Holzkohle kann aufgrund ihrer hohen Qualität (Kriterien nach DIN EN 1860-2) als hochwertige Grillkohle vermarktet werden. Ein Einsatz als Industriekohle, z.B. als Ausgangsstoff für die Produktion von Aktivkohle bzw. in der pharmazeutischen Industrie ist ebenfalls möglich.

Pflanzenkohle: Das Haupteinsatzgebiet der Pflanzenkohle ist in der Landwirtschaft zu sehen. Sie kann als Bodenverbesserer (Erhöhung der Wasserhaltekapazität, verbesserte Schwermetallbindung) und als Düngemittel eingesetzt werden. Für den Einsatz als Dünger muss die Kohle vorher mit Nährstoffen beladen werden. Dies kann z.B. durch die Verwendung als Stalleinstreu erreicht werden (kaskadische Nutzung der Pflanzenkohle). Die Mitkompostierung der Kohle stellt eine weitere Möglichkeit dar, um diese mit Nährstoffen anzureichern. In beiden Fällen können Nährstoffverluste verringert und durch die Ausbringung der Kohle mineralische Düngemittel eingespart und somit Nährstoffkreisläufe geschlossen werden. Die hierfür relevanten Qualitätsparameter sind im "European Biochar Certificate" festgelegt. Einen weiteren Einsatzbereich stellt die Verwendung als Tierfutterzusatzstoff dar. Hierfür müssen die Kohle und deren Herstellung nach GMP+ (Good Manufacturing Practices) zertifiziert werden.

Bioöl: Moderne Pyrolysetechnologien mit nachgeschaltenem katalytischem Reforming ermöglichen eine hohe Qualität des erzeugten Bioöls (niedriger Säuregehalt, gute Lagerfähigkeit durch niedrige Polymerisationsneigung, niedrige Viskosität), wodurch dieses direkt in BHKWs zur Strom- und Wärmeproduktion genutzt werden kann. Eine Aufarbeitung durch Hydrierung zu hochwertigen Kraftstoffen (Dieselersatz) stellt einen weiteren Nutzungsweg dar.

Pyrolysegas: Das bei der Pyrolyse ebenfalls anfallende heizwertreiche Pyrolysegas besteht im Wesentlichen aus H₂, CO, CH₄, H₂O, CO₂ sowie Teeren und Kohlenwasserstoffen. Es kann entweder direkt in Gasbrennern eingesetzt oder nach entsprechender Reinigung in BHKWs sowie in der chemischen Industrie als Synthesegas, verwendet werden.

Wärme: Die entstehende Abwärme kann prozessintern zur Trocknung des Einsatzmaterials sowie zur Versorgung von Prozess- und Fernwärmenetzen genutzt werden.

Strom: Der erzeugte Strom kann (je nach Rohstoff) als Ökostrom in das öffentliche Netz eingespeist oder zur Deckung des Eigenstrombedarfs genutzt werden.

Wirtschaftlichkeit

Durch die gekoppelte Produktion von Energie und Rohstoffen (Biokohle oder Bioöl) in Kombination mit Wärme und Strom lässt sich ein Mehrwert im Vergleich zu konventionellen Biomasse-KWK- bzw. Wärmeerzeugungsanlagen generieren.

Vorteile für den Anwender

Chemische Industrie sowie Energieversorger: Ersatz fossiler Energieträger durch biogene Rohstoffe wie Holzkohle, Bioöl und Pyrolysegas, welche mit hohem exergetischem Wirkungsgrad hergestellt werden können und weitgehend CO₂-neutral sind.

Betreiber von Biomasse-Heizwerken: Die aus lokalen Rohstoffen erzeugte hochwertige Biokohle kann als wertvoller Rohstoff vermarktet werden. Da im Vergleich zu einem konventionellen Biomasse-Heizwerk weniger Wärme anfällt, ist zusätzlich ein ganzjähriger Absatz der anfallenden Wärme (eine bessere Anlagenauslastung) möglich.

Betreiber von Kompostwerken, Biogasanlagen, Abfallwirtschaftszentren: Aufwertung der anfallenden Reststoffe durch die Umwandlung in hochwertige Rohstoffe und Energieträger bzw. Strom und Wärme.

Kommunen: Sinnvolle Verwertung der anfallenden Reststoffe, wie z.B. Grünschnitt aus der Landschaftspflege.

Landwirte: Durch den Einsatz von Pflanzenkohle als Einstreu in Ställen bzw. in der Kompostierung und die nachfolgende Nutzung auf dem Feld (Ackerboden) kann eine bodenverbessernde und düngende Wirkung erreicht werden. Weiters können Nährstoffverluste verringert und industrielle Mineraldünger eingespart werden. Eine Einbindung von Kohlenstoff in den Boden wird dadurch ebenfalls ermöglicht (CO₂-Sequestrierung).

Vorgangsweise bezüglich der Auswahl und Bewertung einer Biomasse-Pyrolysetechnologie

Als Grundlage für die Entscheidung ob eine Biomasse-Pyrolyseanlage Sinn macht, ist insbesondere zu beachten:

• Technologische Bewertung und Vergleich verschiedener Biomasse-Pyrolysesysteme um die technologische Reife zu prüfen und die für gegebene Randbedingungen beste technische Lösung auszuwählen
• Wirtschaftliche Bewertung der Pyrolysetechnologie im Vergleich zu Referenzsystemen (z.B. einer Biomasse-KWK auf Verbrennungs- oder Vergasungsbasis)
• Prüfung und Bewertung bereits verfügbarer Referenzanlagen für eine bestimmte Pyrolysetechnologie – wichtig, um Informationen bezüglich Zuverlässigkeit, Störanfälligkeit und Verfügbarkeit zu erhalten
• Prüfung der durch eine Pyrolysetechnologie bedingten Emissionen (Abgas, Abwasser, Asche) und Vergleich mit zu erwartenden Grenz- bzw. Richtwerten.
• Gesamtbewertung eines Systems auf Basis der Ergebnisse der genannten Punkte

Die BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH führt diese Arbeiten mit entsprechender Fachkompetenz und auf neutraler Basis durch.

Tätigkeitsfeld der BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH

• Entwicklung, Vergleich sowie technische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Biomasse-Pyrolysetechnologien als Grundlage für die richtige Technologieauswahl für die gegebenen Randbedingungen
• Vorplanung und Förderungsrecherche
• Genehmigungsplanung und Förderungseinreichung
• Ausführungsplanung samt Ausschreibungen
• Bauüberwachung und Unterstützung bei der Inbetriebnahme
• Monitoring, Anlagen- und Betriebsoptimierung