Lagerungsrisiken

Während der Lagerung von feuchten Holzhackschnitzeln laufen verschiedene chemische und biologische Ab- und Umbauvorgänge ab. Dadurch kann es zu Substanzabbau durch Pilzwachstum oder andere mikrobielle Vorgänge kommen, womit eine Brennwertminderung einhergeht.

Zusammenhang zwischen Heizwert und Wassergehalt

Bei der Trocknung verdunstet Wasser, wodurch die Masse der Hackschnitzelladung abnimmt. Gleichzeitig erhöht sich der spezifische Brennwert und somit die Energiedichte der Hackschnitzel.

Berechnung des Wassergehalts in Massenprozent:

Wassergehalt [M/M%] = ${\displaystyle {\frac {{\text{Masse}}_{\text{vor der Trocknung}}-{\text{Masse}}_{\text{absolut trocken}}}{{\text{Masse}}_{\text{vor der Trocknung}}}}\cdot 100}$

Berechnung der Holzfeuchte in %:

Holzfeuchte [%] = ${\displaystyle {\frac {{\text{Masse}}_{\text{in HS enthaltenes Wasser}}}{{\text{Masse}}_{\text{absolut trocken}}}}\cdot 100}$

Natürliche Trocknung

Die natürliche Trocknung durch Konvektion bietet den Vorteil, dass diese Trocknungsart sehr kostengünstig ist und kein zusätzlicher Energieeinsatz nötig ist.

Im Privatwald wird das Holz meist im Winter geschlagen und trocknet über den Sommer in Holzpoltern. Zur nächsten Heizperiode wird das auf etwa 35 M/M % vorgetrocknete Holz gehackt. Die Hackschnitzeltrocknung kann daher entfallen. Allerdings können sich eventuell vorhandene Borkenkäferpopulationen im Holz vermehren, wodurch besonders die Lagerung in Waldnähe kritisch zu betrachten ist. Das spätere Hacken kann Kleintieren schaden, die sich in der Zwischenzeit im Holzhaufen angesiedelt haben.

Die Trocknung ist sehr zeitaufwändig und der Substanzabbau beträgt 20 Masseprozent je Jahr der Lagerung.

Bei der Trocknung von Hackschnitzeln unterscheidet man folgende Methoden:

Zunächst die Freiluftlagerung der Hackschnitzel als Schüttguthaufen. Die Trocknung verläuft durch natürliche Konvektion und wird zusätzlich durch die Selbsterwärmung im Schüttguthaufen verstärkt. Die Selbsttrocknung der Hackschnitzel wird unterstützt, wenn der Boden luftdurchlässig ist, wodurch die trockene, kalte Luft von unten in den Haufen strömen kann. Dazu lagert man die Hackschnitzel auf einem geschlitzten oder gelochten Untergrund. Durch die Wärme, welche die Verdunstung unterstützt, verringert sich der Wassergehalt innerhalb von zwei Monaten von 40–50 % auf 20–35 %. Um das Holz vor einer erneuten Befeuchtung durch zum Beispiel Regen zu schützen, wird empfohlen, den Hackschnitzelberg mit einem atmungsaktiven Vlies zu bedecken, oder das Holz unter einer Überdachung zu lagern. Die Maximalhöhe des Haufens von etwa fünf Metern darf nicht überschritten werden, da es sonst durch die Verdichtung und die hohe innere Wärme zur Selbstentzündung der Hackschnitzel kommen kann.

Der hohe Pilzbefall und die sich daraus ergebende starke Sporenbelastung stellt ein Gesundheitsrisiko dar, wenn diese beim Bewegen des Hackschnitzelhaufens in die Lungen gelangen können. Die Hackschnitzel sollten dementsprechend vorgetrocknet werden, da das Pilzwachstum bei einem Wassergehalt von unter 30 % gehemmt wird.

Eine weitere natürliche Trocknungsmethode ist die Bodentrocknung in dünnen Schichten. Dabei werden die Hackschnitzel auf einer großen, trockenen und sauberen Fläche in einer flachen Schicht verteilt. Durch die Sonneneinstrahlung trocknet das Holz dabei innerhalb von wenigen Tagen. Um den Effekt zu unterstützen, sollten die Hackschnitzel mindestens einmal durchmischt werden. Dieses Verfahren hat einen hohen Flächenbedarf und ist somit für die Trocknung großer Hackschnitzelmengen nicht geeignet, außerdem ist man über mehrere Tage hinweg auf ein trockenes und sonniges Klima angewiesen.

Technische Trocknung

Allgemeine Vorteile der technischen Trocknung sind die geringen Trockenmasseverluste und die schnelle Trocknung innerhalb von wenigen Stunden oder Tagen, abhängig von der Hackschnitzelmenge und der angewendeten Methode. Die Steigerung des Heizwertes ist bei einer Trocknungsmethode mit Kalt- oder Warmluftbelüftung am höchsten, wobei der zusätzliche Energieaufwand bei einer Warmluftbelüftung zu berücksichtigen ist.

Das Trocknungsprinzip ist bei allen technischen Trocknungssystemen dasselbe. Trockene Luft wird durch die Hackschnitzel geblasen, wodurch das im Holz gebundene Wasser aufgenommen und abtransportiert wird. Eine optimale Gebläseauslegung ist für einen effizienten Betrieb von hoher Bedeutung, da ein überdimensioniertes Gebläse einen unnötig hohen Energieverbrauch hat. Dadurch ergeben sich höhere Kosten, und die Effizienz leidet.

Für eine korrekte Gebläseauslegung ist der Belüftungswiderstand (spezifischer Luftwiderstand ∆p in Pa/m) ausschlaggebend. Dieser beschreibt den Strömungswiderstand, welchen die Luft beim Durchdringen der HS überwinden muss. Er ist abhängig von der Beschaffenheit der Hackschnitzel, der Dicke der Hackschnitzelschicht und von der Geschwindigkeit, mit welcher die Luft durch die Hackschnitzel dringen soll. Berechnet wird er mit Funktionen nach RAMSIN, SHEDD oder auch HUKILL & IVES, ERGUN. Der Belüftungswiderstand bietet einen groben Ansatz für die Dimensionierung, da die exakten Parameter zur Berechnung schwer zu ermitteln sind.

Der optimale Luftdurchsatz liegt für liegendes Schüttgut bei 180 – 540 m³/h je m² Grundfläche, was einer Luftgeschwindigkeit von 0,05 – 0,15 m/s entspricht. Auf dieser Basis wird die mindeste nötige Gebläseleistung berechnet. Bei einer zu hohen Geschwindigkeit werden feine Teilchen mit ausgeblasen, bei einer zu niedrigen ist der Trocknungseffekt zu gering.

Trocknungssysteme ohne Gutförderung

Trocknungssysteme mit Gutförderung

Hierbei handelt es sich um eine bewegte Trocknung, auch Durchlauftrocknung genannt. Die Hackschnitzel durchlaufen den Trockner kontinuierlich und werden durch einen hohen Massenstrom an Warmluft schnell und homogen getrocknet. Investition, Betrieb und Wartung sind jedoch aufwändiger als bei Trocknungssystemen ohne Gutförderung. Verwendete Trockner sind beispielsweise Schubwendetrockner, Bandtrockner und Trommel-/ oder Drehrohrtrockner.

Vorgelagert

Einige Anlagen, wie zum Beispiel kleine Hackschnitzel-Heizkraftwerke oder Holzvergaser brauchen eine gleichbleibend hohe Hackschnitzel-Qualität. Daher ist es nötig, die Hackschnitzel vor der energetischen Verwertung zu trocknen. Entweder wird vorgetrocknetes Hackgut zugekauft, oder die Trocknung findet vor Ort statt.

Nachgelagert

Betrachtet man technische Trocknungssysteme auf rein energetischer Basis, muss immer mehr Energie für die Trocknung aufgewendet werden, als die Hackschnitzel an zusätzlichem Energiegehalt gewinnen. Daher ist nur die Nutzung ohnehin anfallender Abwärme sinnvoll. Dabei bieten Hackschnitzel den Vorteil, dass sie nicht wie andere Trocknungsgüter (beispielsweise Getreide) innerhalb eines bestimmten, kurzen Zeitfensters verarbeitet beziehungsweise getrocknet werden müssen. Sie können zunächst auch natürlich vortrocknen oder gelagert werden, ohne dass es zu erheblichen Einbußen hinsichtlich der Qualität kommt.

Beispielsweise bei der Abwärmenutzung von Biogasanlagen (vor allem nach EEG 2012) kann gerade im Sommer, wenn kaum Heizwärme gebraucht wird, die Abwärme des Blockheizkraftwerks für die Trocknung genutzt werden. Dadurch wird die Auslastung und somit die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage verbessert. Etwa 38 % der Betreiber nutzen die Abwärme für Trocknungsprozesse. Die Nutzung der Abwärme wird bei Biogasanlagen, die unter dem EEG 2009 laufen, im Rahmen des KWK-Bonus nach §27 Erneuerbare-Energien-Gesetz 2009 in Höhe von 3 ct/kWh gefördert. Seit dem EEG 2012 ist die Erzeugung von 60 % KWK-Strom für Biogasanlagen-Betreiber Pflicht und wird nicht mehr extra vergütet. Bei Biomasse(H)KWs wird bei knapp 30 % der Anlagen anfallende Wärme zur Holztrocknung verwendet, bei Holzvergaseranlagen etwa 21 % (Mehrfachnennungen waren möglich). [Anmerkung: Holz im Allgemeinen und nicht speziell HS!]