Die Verfeuerung von Biomasse stellt eine Möglichkeit aus dem Spektrum der regenerativen Energien dar, die Verwendung fossiler Energieträger einzuschränken. Biomasse fällt kostengünstig als Beistoff bzw. Reststoff an, oder läßt sich einfach produzieren. Zur Verfeuerung ist sie bei geeigneter Technik problemlos in dezentralen Kleinanlagen einsetzbar.
In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Brennstoffe der Kategorien konventionelle Nutzpflanzen (Getreide-Ganzpflanzen), neue Energiepflanzen (Miscanthus, Pappel-Hackschnitzel), Bei- und Reststoffe (Stroh, Streuwiesenaufwuchs), sowie in verschiedenen Aufbereitungsformen (gehäckselt, pelletiert) untersucht. Von den Brennstoffen wurden die Feuerungstechnischen Kenngrößen und die Elementarzusammensetzung, sowie das Schüttgewicht ermittelt. In Feuerungsversuchen wurden die Emissionen an Kohlenmonoxid, Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Staub in verschiedenen Betriebszuständen gemessen. Von der verbliebenen Asche wurde der Ausbrand und die Elementarzusammensetzung bestimmt.
Die Heizwerte der Brennstoffe, bezogen auf die Trockensubstanz, betragen 16,93 - 18,28 MJ/kg. Die auf die Frischsubstanz bezogenen Heizwerte liegen im Bereich von 13,78- 15,26 MJ/kg, bedingt durch die Feuchtegehalte von 9,3- 34,4 %. Die Gehalte an Flüchtigen Bestandteilen liegen zwischen 73,5 und 80,0 % i.d.TM, die Aschegehalte zwischen 2,0 und 7,8 % i.d.TM.
Pellets haben gegenüber dem gehäckselten Ausgangsmaterial einen geringeren Heizwert und enthalten weniger Wasser und Flüchtige Bestandteile, sowie mehr Asche.
Die Kohlenstoffgehalte der Brennstoffe liegen zwischen 46,39 und 49,79% i.d.TM, die Sauerstoffgehalte zwischen 38,1 0 und 42,57 % i.d.TM und die Wasserstoffgehalte zwischen 6,27 und 6,94 % i.d.TM. Die Schwefelgehalte aller Brennstoffe sind mit 0,05 - 0,20 % i.d.TM sehr gering. Die Stickstoffgehalte liegen, in Abhängigkeit vom Eiweißgehalt des Brennstoffes, im Bereich von 0,29 - I ,71 % i.d.TM.
Die Schüttgewichte der gehäckselten Brennstoffe liegen zwischen 22 und 91 kg/m3 (lose), bzw. 33 - 120 kg/m3 (gestaucht). Pappel-Hackschnitzel haben ein Schüttgewicht von 168 kg/m3 (lose), bzw. 226 kg/m3 (gestaucht) und Pellets haben ein Schüttgewicht von 549 - 639 kg/m3 (lose), bzw. 583 - 698 kg/m3 (gestaucht).
Die Verbrennungsversuche bei Nennlastbetrieb ergeben CO-Emissionen von 105,5 - 3462, i mg/m3, wobei nur bei Getreide-Ganzpflanzen und -Pellets der gesetzliche Grenzwert eingehalten wird. In den anderen Betriebszuständen werden durchwegs höhere CO-Emissionen als bei Volllast gemessen.
Die NOx-Emissionen bei Volllast liegen zwischen 217,4 und 472,9 mg/m3 und damit bei allen Brennstoffen unterhalb des gesetzlichen Grenzwertes. Im Teillastbereich werden etwas höhere NOx-Emissionen als bei Volllast gemessen. Die Höhe der NOx-Emissionen ist vom Stickstoffgehalt des Brennstoffes abhängig. Der maximale N-Gehalt von Biomasse-Brennstoffen, bei dem der Grenzwert noch eingehalten wird, liegt bei 1,6- 1,8 % i.d.TM, was einem Eiweißgehalt der Ganzpflanze von ca. 1 0,0 - 11 ,3 % entspricht.
Die CnHm-Emissionen bei Volllast liegen mit 0,9 - 15,8 mg/m3 bei allen Brennstoffen weit unter dem gesetzlichen Grenzwert. Im Teillastbereich sind die CnHm-Emissionen gegenüber dem Vollastbetrieb erhöht. Die CnHm-Emissionen sind mit den CO-Emissionen positiv korreliert.
Die Staubemissionen bei Volllast liegen zwischen 171,2 und 378,2 mg/m3 und somit bei allen Brennstoffen über dem gesetzlichen Grenzwert. Im Teillastbereich sind die Staubemissionen gegenüber Volllast meist vermindert, im Erhaltungs- und Abfahrbetrieb dagegen stark erhöht. Die hohen Staubemissionen lassen sich auf den nicht ausreichend arbeitenden Zyklonabscheider der Anlage zurückführen.
Die Aschen der Brennstoffe enthalten 1,2 - 8,1 % i.d.TM Phosphor, 8,0 - 22,1 % Kalium und 1,7- 3,0 % i.d.TM Magnesium. Die Schwefelgehalte der Aschen liegen zwischen 0,058 und 0,810 % i.d.TM, die Stickstoffgehalte zwischen 0,04 und 0,34% i.d.TM. Der Aschegehalt der Aschen liegt im Bereich von 86,3 - 98,0 %.
Für die Elemente P, K und Mg beträgt die Ascheeinbindung 70 -100 %. Vom Brennstoffstickstoff sind noch 0,19 - 1,59 % in der Asche zu finden. Die Ascheeinbindung für Schwefel beträgt bei den gehäckselten Brennstoffen und Hackschnitzeln 2,22 - 9,08 %. Bei den Pellets ist sie mit 21,94- 31,61 % deutlich höher. Durch die hohen P-, K- und Mg-Gehalte der Aschen sind diese als Dünger geeignet.
Biomasse erscheint grundsätzlich als Brennstoff geeignet. Um eine umweltfreundliche Verbrennung zu erreichen, müssen pflanzliche Brennstoffe in geeigneten Anlagen verfeuert werden.
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