Die Bioenergie Ahlintel GmbH & Co. KG aus Emsdetten in Westfalen versorgt seit September 2020 mehr als 50 Haushalte und die umliegenden Bauernhöfe mit Wärme. Das zu diesem Zeitpunkt in Betrieb genommene Holzkraftwerk von SynCraft erzeugt sie. Mit einer Feuerungswärmeleistung von 1.316 kW und einer thermischen BHKW-­Leistung von 770 kW kann es täglich rund 18.000 kWh Wärme abgeben.

Ein riesiger Speicher mit 100.000 l Volumen puffert die Wärme. Von dort geht sie mit 80 bis 85 °C Vorlauftemperatur in das 11 km lange Nahwärmenetz. Insgesamt vergast die Bioenergie Ahlintel 14.000 Schüttraummeter (srm) Holzhackschnitzel pro Jahr. Diese fallen bei Landschafts- und Straßenrandpflegearbeiten an, die Hermann Kestermann mit seinem Lohnunternehmen durchführt. Das war auch der Grund, warum sich er und seine Schwester Petra für die Installation eines Holzkraftwerks entschieden.

Die Verträge mit den Wärmekunden haben die Kestermanns schon im Jahr 2013 abgeschlossen. Gleichzeitig stiegen sie in die Planung der Holzvergasungsanlage ein. Bis zur tatsächlichen Inbetriebnahme hat es jedoch sieben Jahre gedauert. „Nach drei Jahren hatten wir zwar die Genehmigung für den Bau der Anlage, doch dann war das nächste Problem zu meistern. Der Netzbetreiber musste das Stromnetz ausbauen, um die zusätzliche Strommenge, 12.000 kWh täglich, aufnehmen zu können“, sagt Petra Kestermann.

Stromverkauf als Haupteinnahmequelle

„Der Stromverkauf ist unsere Haupteinnahmequelle“, so die Projektkoordinatorin. Entsprechend hängt die Wirtschaftlichkeit des Betriebs des Holzkraftwerks stark davon ab, welchen Preis die Bioenergie Ahlintel durch die Direktvermarktung des BHKW-Stroms erzielen kann. „Im vergangenen Jahr lief das bei teilweise recht hohen Börsenpreisen sehr gut. Wie sich die Strompreise zukünftig entwickeln, weiß jedoch niemand“, sagt sie.

Der Verkauf der Wärme sei hingegen ein Nullsummenspiel. Denn die Wärmekunden zahlen einen moderaten Preis. „Sie haben angesichts deutlich gestiegener Gaspreise damals bei Abschluss des Wärmevertrags einen guten Deal gemacht.“

Zu einem neuen einträglichen Geschäftsfeld entwickeln könnte sich der Verkauf der Pflanzenkohle, die beim Betrieb der SynCraft-Anlage in Ahlintel anfällt. Sie ist inzwischen nach dem europäischen Standard für Biokohle EBC (European Biochar Certificate) zertifiziert, und die Bioenergie Ahlintel verkauft sie als Substrat für Baumpflanzungen. Das kohlehaltige Granulat bindet Wasser und Nährstoffe und soll daher die Versorgung frisch gepflanzter Bäume verbessern.

Kraftwerk läuft vollautomatisch

Die Holzvergasungsanlage läuft vollautomatisch. Dazu überwacht eine intelligente Steuerung den gesamten Prozess. So fördert z.B. der Zuführmotor Hackschnitzel abhängig vom Gasbedarf des BHKW in die Dosierschleuse. Ein dazwischengeschaltetes Gummiquetschventil verhindert Gasaustritt und damit die Gefahr eines Rückbrands. Und Luftlanzen am Reaktor blasen je nach Prozesstemperatur Luft in den Brennraum für die Kohlevergasung.

Ein pneumatischer Schieber entlässt die Hackschnitzel aus der Dosierschleuse in den Vorratsbehälter darunter, sobald ein Sensor meldet, dass dieser leer ist. Eine Dosierschnecke schiebt den Brennstoff aus dem Vorlagebehälter von unten in den Pyrolyseschacht.

Vergasung in zwei Stufen

Die Holzvergasung ist in zwei wesentliche Prozessstufen unterteilt: erstens die Verkohlung der Hackschnitzel durch Pyrolyse bei 440 bis 480 °C und zweitens die Holzkohlevergasung bei rund 800 °C. Bei dieser hohen Temperatur verbrennen auch die Teeranteile im Pyrolysegas. Das ist gut so, denn Teer darf keinesfalls in den Gasmotor gelangen.

SynCraft nutzt für die Vergasung einen sogenannten Schwebebettreaktor. Bei diesem werden die verkohlten Hackschnitzel aus der vorgeschalteten Pyrolyse mit Luft von unten eingeblasen und zum Schweben gebracht. Während der Vergasung werden die Partikel zunehmend kleiner und leichter. Dadurch trägt der Luftstrom sie im Reaktor immer weiter nach oben, wo sie schließlich zusammen mit dem Holzgas ausgetragen werden.

Gas und Kohle trennen

Als nächste Prozessschritte folgen die Abtrennung von Holzkohlepartikeln aus dem Holzgas und die Kühlung des 600 °C heißen Gases auf 30 °C. Erst danach wird es im BHWK-Motor verbrannt. Wärmetauscher koppeln die Kühlwärme aus, um die vom Motor abgegebene Wärme auf 100 °C anzuheben. Das 100 °C heiße Wasser geht dann in den Pufferspeicher, und die Wärme von dort in das Nahwärmenetz.

Das andere nach der Filterung anfallende Produkt, die Holzkohle, wird zunächst mit Wasser angefeuchtet, weil sonst erhöhte Explosionsgefahr besteht. Danach fördert eine Schnecke sie zur Bigbag-Anlage, die automatisch große Säcke mit der Kohle füllt. Rund 5 m³ Kohle produziert die SynCraft-Anlage der Bioenergie Ahlintel täglich.

Störungsarmer Betrieb

Inzwischen läuft die Anlage seit gut zwei Jahren – und das, wie Hermann Kestermann sagt, weitgehend störungsfrei. „Totalabschaltungen wegen Störungen gab es bisher nicht.“ Wichtig sei, dass die Holzhackschnitzel nicht zu fein gehackt sind und auf etwa 7 bis maximal 10 % Restfeuchte getrocknet wurden. Zu feuchte Hackschnitzel würden das Schwebebett im Reaktor der Holzvergasungsanlage zusetzen. Das Bett würde verschlacken und zu schwer werden.

Deswegen kontrolliert er regelmäßig die Feuchte seiner Holzhackschnitzel. Grob gehackte Hackschnitzel eigenen sich für die Vergasung im Schwebebett des Holzkraftwerks von SynCraft besser als kürzere Sortierungen, weil sie weniger dicht lagern. Fein gehacktes Material hingegen neigt dazu, sich im Bett des Holzgasreaktors abzusetzen, sodass die Partikel aufgrund der dichten Lagerung und des dadurch bedingten erhöhten Volumengewichts des Betts nicht mehr ins Schweben kommen.

Großes Investitionsprojekt

Insgesamt hat die Bioenergie Ahlintel für den Bau der Holzvergasungsanlage mehrere Millionen Euro investiert. Allein das SynCraft-Holzkraftwerk (vergeleichbar mit dem Typ CW 1800-500) kostet in der Basisausstattung rund 2,5 Mio. Euro ohne Mehrwertsteuer. Hinzu kommen laut Hersteller Kosten von knapp 1 Mio. Euro für die Hackschnitzeltrocknung plus -fördertechnik und für die Kohleabsackanlage. Zusätzlich entstanden Kosten für den Bau einer großen Halle, des Nahwärmenetzes und den Warmwasserpufferspeicher sowie für die Installation einer Hackschnitzelheizung mit 900 kW als Backup-System.

Was uns sonst noch auffiel:

• Zum Lieferumfang gehört eine Gasfackel. Diese verbrennt das Holzgas während der Anfahrphase der Anlage, bis die nötigen Prozesstemperaturen im Pyrolyseschacht und im Schwebebettreaktor erreicht sind.
• Alle 4.000 Betriebsstunden ist eine Reinigung der Anlage nötig. Diese dauert drei Tage. Servicetechniker von SynCraft führen sie durch, entfernen eventuelle Ablagerungen aus Verbindungsleitungen und tauschen Dichtungen.
• In der Anlage befinden sich 6 m³ Kohle. Deshalb sind Sicherheitsauflagen zu erfüllen. Dazu gehören ein Löschwassertank, CO-Sensoren und eine Kamera, die Flammen erkennt.

Fazit: Zufriedene Betreiber

Sieben Jahre hat es von der Idee über die Planung, die Genehmigung, die Stromnetzerweiterung, den Hallen- und den Anlagenbau bis zur Inbetriebnahme des SynCraft-Holzkraftwerks bei der Bioenergie Ahlintel gedauert. Jetzt läuft die Anlage seit knapp zweieinhalb Jahren. Die Betreiber sind zufrieden. Der Wärmeverkauft deckt die Kosten, der Stromverkauf bringt Gewinn – zumindest aktuell – und der Biokohleverkauf entwickelt sich zu einer zusätzlichen Einnahmequelle.