Pelletanlagen – Nachhaltige Alternative zu Gas und Öl?

Wie funktioniert eine Pelletanlage?

Eine Pelletanlage erzeugt Wärme für die Beheizung von Gebäuden aus der Verbrennung von Holz. Der nachwachsende Rohstoff wird dabei aber nicht in Form von Holzscheiten, sondern in Form gepresster Holzreste, den sogenannten Pellets, verwendet.

Holz-Pelletanlage bestehen dabei aus drei wesentlichen Bestandteilen. Diese sind:

• Pelletkessel
• Pellettank
• Pufferspeicher

Der Pelletspeicher bevorratet die Pellets, die für die Verbrennung im Kessel benötigt werden. Er kann zum Beispiel in einen vorhandenen Raum integriert, als Gewebetank aufgestellt oder als Erdtank vergraben werden.

Gegenüber Scheitholz-Kesseln, zeichnen sich Pellets vor allem durch einen automatischen Betrieb aus. Um das zu ermöglichen, sind Kessel und Speicher über eine Förderschnecke  oder einen Saugschlauch miteinander verbunden, die die Holzpresslinge automatisch vom Speicher zum Kessel transportieren.

Im Pelletkessel angekommen, werden die Brennstoffe automatisch entzündet und sauber verbrannt. Während Stückholz-Heizungen nur schlecht regelbar sind, kann die Leistung und die Brenndauer in Pelletanlage gut an den Bedarf angepasst werden. Denn mit den Holz-Presslingen kann die Verbrennung viel besser gestartet oder gestoppt werden, als mit einem Stapel Holz. 

Wie bei einem Öl- oder Gaskessel, übertragen auch Pelletanlagen die Wärme der Verbrennung auf Wasser, das kontinuierlich zwischen Wärmeerzeuger und Heizflächen zirkuliert.

Für eine hohe Effizienz sorgt die Kombination der Holzheizung mit Pufferspeicher, der die Wärmeerzeugung und den Wärmeverbrauch voneinander trennt. Weitere Informationen zu den Funktionen und Vorteilen von Pufferspeichern finden Sie auch im Beitrag „Effizienz im Pufferspeicher – der Schichtladespeicher“. 

Während vollautomatische Pelletanlagen mit großen Tanks oder Speichern ausgestattet werden müssen, können teilautomatische Anlagen mit integrierten Kleintanks vor allem bei geringem Platzangebot eine Alternative bieten. Im Beitrag „Pelletheizung mit Kleintank“ erfahren Sie mehr dazu.

Was sind Pellets und wie werden sie hergestellt?

Pellets sind gepresste kleine Holzstäbe, die sich durch ihre genormte und gleichmäßige Form optimal zur Verbrennung in automatischen Heizungsanlagen eignen.

Hergestellt werden die Holz-Presslinge dabei aus Säge- und Hobelspänen der holzverarbeitenden Industrie oder Resthölzern aus dem Wald.

Im ersten Schritt der Pellet-Herstellung werden die Rohmaterialien auf eine Restfeuchte von etwa 8% bis 10% getrocknet. Das ist nötig, damit die Verbrennung später effizient und sauber ablaufen kann. Denn ein hoher Feuchtegehalt senkt den Wirkungsgrad der Verbrennung und führt zu einem höheren Schadstoffausstoß, der Mensch und Umwelt belastet.

Die Trocknung erfolgt in der Regel mit Luft, die mit einer Temperatur zwischen 60°C und 90°C wie ein Föhn über die Pellets geblasen wird. Für einen nachhaltigen Prozess, kann dafür zum Beispiel Abwärme aus Industrieanwendungen verwendet werden.

Nach der Trocknung werden die Pellets von Metallen und anderen Fremdstoffen gereinigt und soweit verkleinert, dass sie sich optimal für den Pressvorgang eignen. Eine Mühle zerkleinert die Ausgangsmaterialien dabei auf Späne, mit maximal 5 bis 6 mm Größe.

Im Anschluss werden die Späne noch einmal gleichmäßig mit Wasser benetzt um sie optimal für den Pressvorgang vorzubereiten. Pflanzliche Zusatzstoffe können dabei helfen, die Formstabilität und den Abrieb der fertigen Pellets zu erhöhen. In der Regel beschränken sich diese aber auf einen Anteil von 0,5 % bi 1,0 %.

Nach dieser Vorbereitung werden die Brennstoffe in Ihre typische Form gebracht. Dazu werden sie von massiven Walzen durch die Bohrungen einer Matrize gepresst.  Durch die dabei auftretende Reibung entstehen Temperaturen von über 100°C, die im Holz vorhandene Lignine aktivieren. Lignine gewährleisten die Festigkeit pflanzlicher Gewebe und wirken in den gepressten Pellets als natürlicher Klebstoff.

Nachdem die gepressten Holzpellets in ihre typische Stäbchenform gepresst wurden, müssen sie nur noch gekühlt und gereinigt werden, bevor sie dann in Silos oder Säcken für den Verkauf vorbereitet werden können.

Energiebilanz Pellets: Vom Wald bis in die Heizung

Um die Energiebilanz der Pellet-Herstellung bewerten zu können, sind die Energieverbräuche bei Herstellung und Transport mit dem vorhandenen Energieinhalt zu vergleichen.

Vom Rohmaterial bis zum Heizkessel, wird Energie dabei im Wesentlichen für die folgenden Prozesse benötigt:

• Transport der Rohmaterialien zum Pelletierwerk
• Trocknung der Pellets
• Zerkleinerung der Späne
• Pressen der Späne zu Pellets
• Kühlen der Pellets
• Förderung der Pellets im Werk
• Transport der Pellets zur Verbraucheranlage

Eine Studie des österreichischen Kompetenzzentrums für Bioenergieforschung, der Bioenergy 2020+ GmbH, hat den Energieverbrauch der Herstellung von Pellets aus 8 Werken ermittelt. Passend zu den oben aufgeführten Punkten, wird Energie dabei in Form von Wärme, Strom und Kraftstoff verbraucht.

Je Tonne produzierter Pellets, konnten dabei folgende Verbräuche festgestellt werden:

• ca. 530 kWh/to für Wärme
• ca. 100 kWh/to für Strom
• ca. 50 kWh/to für Kraftstoffe

Nach Norm hergestellte Holzpellets haben einen Energieinhalt von 4,5 kWh/kg bis 5,0 kWh/kg. Auf eine Tonne, im Mittel also  4750 kWh/to. Vergleicht man den Energieverbrauch, der zur Herstellung der Holz-Presslinge entsteht, mit dem Energieinhalt der fertigen Produkte, hat die Herstellung einen Anteil von 14 %.

Die Studie zeigt aber auch große Unterschiede in der Effizienz der Pelletierprozesse. Während einige Werke zur Herstellung einer Tonne Pellets deutlich über 10% des Endenergieinhalts benötigen, erreichen andere auch Werte von 2% bis 3%.

Da die Abweichungen überwiegend im Bereich der Wärmeenergie auftreten, lassen sich zwei Gründe vermuten:

• Unterschiede in den Herstellungsprozessen, zum Beispiel durch Nutzung von Abwärme
• Unterschiede in der Feuchte der Ausgangsstoffe (Waldholz oder Industrieabfälle)

Der Strombedarf unterscheidet sich nur wenig. Auch bei dem Transport-Energiebedarf kann davon ausgegangen werden, dass sich bei gleichen Transportwegen ähnliche Werte ergeben.  

Zum Vergleich, auch das Deutsche Pelletinstitut gibt für den Anteil des Energiebedarfs zur Herstellung am Energieinhalt fertiger Pellets einen Wert von 2,7 % an. 

Pellets als Brennstoff – ganzheitlich betrachtet

Egal ob Pellets, Stückholz oder auch Energiepflanzen: Die Verwendung regenerativer Rohstoffe kann immer nur dann wirklich nachhaltig sein, wenn Bedarf und Kapazitäten im richtigen Verhältnis stehen.

Das Deutsche Pelletinstitut (DEPI) gibt dabei aufschlussreiche Zahlen. Während die Kapazität der Pelletproduktion im Jahr 2014 auf etwa 3,2 Millionen Tonnen geschätzt wurde, betrug die Produktion im gleichen Zeitraum etwa 2,0 Millionen Tonnen. Die Gesamtkapazität an Holz aus Sägenebenprodukten wird auf etwa 6,5 Mio. to/a geschätzt. Das heißt, auch bei einem weiteren Anstieg der Produktionsvolumen, können Pellets nachhaltig hergestellt werden.

Bei einem weiteren Anstieg der Verbräuche, bieten auch deutsche Wälder freie Kapazitäten. Denn mit einer Fläche von über 11 Mio. Hektar gehört Deutschland zu den 5 waldreichsten Ländern in Europa. Nach Angaben des Deutschen Pelletinstitut (DEPI) wachsen dabei jährlich 120 Millionen Kubikmeter Holz nach, von denen etwa 70 Millionen Kubikmeter wirtschaftlich genutzt werden. Die Kapazitäten an nicht sägefähigem Rundholz werden dabei auf etwa 17 Mio. to/a geschätzt.

Fazit und Zusammenfassung

Pelletanlagen sind moderne Heizungen, die mit Holz generell auf einen nachwachsenden Rohstoff setzen. Ökologisch günstig ist daneben auch die Herstellung der Pellets aus Produktionsresten der holzverarbeitenden Industrie. Denn damit können die Rohstoffe ohne Abfallprodukte genutzt werden.

Betrachtet man die Energiebilanz, so sind für die Herstellung von Holz-Pellets große Spannen möglich. Günstig ist die Produktion dabei immer dann, wenn trockene Reststoffe der holzverarbeitenden Industrie verbraucht werden. Denn dann kann der Energiebedarf der Herstellung auf ein Minimum reduziert werden.

Entgegen fossilen Rohstoffen wie Öl oder Gas, gehören Pellets zu nachwachsenden Energieträgern. Ein nachhaltiger Einsatz kann dabei eine hohe Versorgungssicherheit bieten.

Alles in allem sind Pelletanlagen nachhaltige Alternativen zu Gas- oder Ölheizungen, aber nicht die Ultima Ratio  für die Wärmewende in Deutschland. Denn sie sind nur dann wirklich nachhaltig, wenn zur Herstellung trockene Sägereste verwendet werden sowie Verbrauch und Kapazität in einem gesunden Verhältnis stehen.