Holzernte

Hackschnitzel aus KUP verlustfreier trocknen

Bearbeitet von Marc Kubatta-Große

Eine kontrollierte Kaltluftventilation trocknet nicht nur die in Haufen lagernden Hackschnitzel in vier Wochen auf Feuchtegehalte von unter 15 %, auch die üblichen Trockenmasseverluste von bis zu 20 % lassen sich damit halbieren. Der thermische Energiegewinn durch die schnelle Trocknung macht mehr als das sechsfache der für den Gebläsebetrieb benötigten elektrischen Energie aus, so das Ergebnis einer Studie von Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB), die kürzlich im Fachblatt Biomass and Bioenergy veröffentlicht wurde.

Der Anbau von schnellwachsenden Gehölzen wie Pappeln, Weiden und Robinien auf landwirtschaftlichen Flächen in Kurzumtriebsplantagen (KUP) oder Agroforstsystemen bietet Landwirten und Umwelt gleichermaßen viele Vorteile. Einmal etabliert, können die Bäume in mehrjährigen Intervallen beerntet werden, im sogenannten Kurzumtrieb alle 3 – 7 Jahre. Bei der Ernte im Winter weisen die Hackschnitzel Feuchtegehalte von 40 – 60 % auf. Bis zur Nutzung in der darauffolgenden Heizsaison trocknen und lagern die Hackschnitzel üblicherweise in großen Halden im Freien – ein auf den ersten Blick kosteneffizientes Verfahren.

Hohe Trockenmasseverluste

Bei der Lagerung während der Trocknung kann es allerdings zu erheblichen Verlusten kommen. Durch mikrobiologisch-chemische Prozesse steigen in den ersten Wochen die Temperaturen in den Hackschnitzelhaufen auf 50 – 70°C an. Es kommt zum verstärkten Abbau organischer Substanz. Bei einer Lagerdauer von 6 Monaten können dadurch Trockenmasseverluste von bis zu 30 % auftreten, abhängig von Holzart, Partikelgröße, Lagerkonstruktion und Witterungsbedingungen. Verschiedene Ansätze, diese Verluste zu verringern, wie die Ernte und Trocknung ganzer Stämme oder eine technische Trocknung, brachten bislang keine zufriedenstellenden Ergebnisse.

Kontrollierte Belüftung

Vor diesem Hintergrund haben Wissenschaftler des ATB in Zusammenarbeit mit der TU Dresden und dem Industriepartner Kluge GmbH ein neues System zur aktiven Belüftung von Pappelholzhackschnitzeln mit Umgebungsluft entwickelt und getestet. Die Kaltluftventilation wird in der Landwirtschaft bereits eingesetzt, beispielsweise zur Trocknung von Getreide oder Heu im Sommer. Eine der Herausforderungen bei der Trocknung erntefrischer Pappelhackschnitzel besteht darin, unter Bedingungen des Frühjahrs zu trocknen, wenn die Umgebungsluft deutlich weniger Feuchtigkeit aufnimmt als im Sommer.

Erhöhung des Brennwerts

Getestet wurde das neu entwickelte System aus Lüftungskanälen zur sensorgesteuerten Belüftung und Trocknung an zwei Haufen von Pappelhackschnitzeln mit einem Volumen von jeweils 90 m3. Die Belüftung erfolgte in zwei Phasen: im Anschluss an die Ernte im März wurde Kaltluft zur Kühlung eingeblasen, unter den günstigeren Wetterbedingungen im April diente die Luft zur Trocknung. Der für die Hackschnitzellagerung typische hohe Temperaturanstieg unmittelbar nach der Einlagerung konnte durch das Einblasen kalter Umgebungsluft über nur 41 Stunden auf eine durchschnittliche Temperatur von 6,3 °C begrenzt werden. Mit weiteren 196 Stunden Gebläselaufzeit in Phase 2 konnte der Feuchtegehalt im Stapel von 51,5 auf 11,9 % gesenkt werden. Der Energieaufwand für Kühlung und Trocknung betrug insgesamt 456 MJ pro Tonne Trockenmasse. Bei einem Gesamtbedarf an elektrischer Energie von 5.332 MJ pro Haufen wurde gegenüber den energetischen Verlusten an Brennwert ein mehr als sechsfacher thermischer Energievorteil von 35.233 MJ erreicht.

Hackschnitzel Trocknung Belüftung
Versuchsaufbau zur Kaltlufttrocknung mit integrierten Sensorketten zur Erfassung der Mietentemperatur für eine effiziente Gebläsesteuerung | Foto: Lenz&Lühr/ATB

Steuerung nach Trocknungsfortschritt

„Um möglichst effizient zu kühlen sollte die Kühlung des Stapels vorzugsweise bei Umgebungstemperaturen unter 0°C erfolgen. Dadurch lässt sich auch das Pilzwachstum nahezu vollständig verhindern“, ergänzt ATB-Wissenschaftler Dr. Carsten Lühr. „Aus unserer Sicht ist es wichtig, die Trocknung möglichst zügig bei möglichst langen täglichen Trocknungsintervallen durchzuführen. In unserem Versuch haben wir eine Restfeuchte von 12 % erreicht. Für die Verbrennung in Heizkesseln ist das nicht notwendig. Wir hätten die Trocknung früher beenden und damit Energie sparen können.“ Um künftig die Trocknung passgenau beenden zu können, wollen die Wissenschaftler das System dahingehend weiterentwickeln, dass das Gebläse auf Grundlage des aktuellen Trocknungsfortschritts gesteuert wird.

Der Einsatz mobiler, für vielseitige Trocknungszwecke wiederverwendbarer Lüftungskanäle könnte eine kostengünstige Alternative zum untersuchten stationären Belüftungssystem sein.

Förderung

Das 2019 abgeschlossene Projekt „Energieeffiziente BelüftungsTrocknung für die Produktion von QualitätsholzhackSchnitzeln – BeTros“ wurde gefördert im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über den Projektträger Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF).

Quelle: ATB