Ein Bündnis mit Zukunft
Öl-Brennwerttechnik und flüs sige Biobrennstoffe
Aus Pflanzen gewonnene Brennstoffe gelten heute als wichtige Option für die sichere Energieversorgung der Zukunft. Für den Wärmemarkt, der mit rund 40 % den größten Anteil am Energieverbrauch in Deutschland hat, suchen Hersteller zusammen mit der Mineralölwirtschaft nach entsprechenden zukunftsfähigen Lösungen. Pflanzenöle und veresterte Pflanzenöle (FAME) sind bereits verfügbar, an einer ersten großtechnischen Produktionsanlage für einen synthetischen Biobrennstoff (Biomass-to-liquids) wird momentan gearbeitet. Der Beitrag stellt die verschiedenen flüssigen Biobrennstoffe vor.
Autor: Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Rogatty, Viessmann Werke GmbH, Allendorf
Die globalen Erdöl-Vorkommen sind begrenzt und reichen nach heutigen Schätzungen noch für ca. 40 Jahre. Das entspricht immerhin einem Zeitraum, in dem üblicherweise ein Heizkessel aus Altersgründen zweimal erneuert werden muss. Trotzdem darf es ein „weiter so“ nicht geben. Die weltweit stark wachsende Nachfrage nach dem wertvollen Rohstoff wird für weiter steigende Preise sorgen. Zudem setzt die Verbrennung von fossilem Öl CO2 frei, durch das sich unser Klima erwärmt. Um den Verbrauch der fossilen Energieträger zu verringern, gibt es im Wärmemarkt zwei entscheidende Ansätze: die Steigerung der Energieeffizienz und die Abdeckung eines Teils unseres Energiebedarfs durch regenerative Energien.
Mit der modernen Brennwerttechnik ist eine innovative Technologie für die Wärmeerzeugung verfügbar, die mit Wirkungsgraden bis 98 % (bezogen auf den Brennwert Hs) nicht nur für eine sehr hohe Energieeffizienz steht, sondern auch besonders wirtschaftlich ist. Sie ermöglicht Brennstoffeinsparungen gegenüber einem alten Heizkessel um bis zu 30 %, zusätzlich kombiniert mit einer thermischen Solaranlage sind sogar bis zu 40 % möglich. In gleichem Maße sinkt der CO2-Ausstoß. Attraktiv sind moderne Brennwertsysteme aber auch deshalb, weil sie schon heute auf die Verwendung von Biobrennstoffen vorbereitet sind und so auch zukünftig ein sicheres und bezahlbares Heizen erlauben (Bild links oben).
Flüssige Brennstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen
Die Vorteile von Biobrennstoffen machen sie als Energieträger für den Wärmemarkt besonders interessant: Biomasse wächst ständig nach. Sie ist ein heimischer Energieträger, der die Abhängigkeit von Erdöl- bzw. Erdgaslieferungen verringert. Biomasse kann zudem mit vergleichsweise geringem Aufwand gelagert bzw. gespeichert werden und ist so unabhängig von der Jahreszeit und dem Wetter ständig verfügbar. Darüber hinaus ist die Verbrennung von Biomasse praktisch CO2-neutral. Das heißt, es wird nur so viel Kohlendioxid (CO2) freigesetzt, wie von den Pflanzen beim Wachstum aus der Atmosphäre aufgenommen wurde (Bild nächste Seite).
Derzeit laufen branchenweite Forschungs- und Entwicklungsprojekte, um flüssige Biobrennstoffe bzw. Bio-/Mineralöl-Brennstoffgemische in großem Umfang marktreif herstellen und verwenden zu können. Ziel ist es, flüssige Bio-/Mineralöl-Brennstoffgemische mittelfristig in den bestehenden Ölheizungen ohne umfangreiche technische Anpassungen verwenden zu können.
Flüssige Biobrennstoffe werden unterschieden in Biobrennstoffe der ersten und der zweiten Generation. Zur ersten Generation zählen Pflanzenöle und veresterte Pflanzenöle. Sie werden bereits in größerem Maßstab produziert und bisher vor allem als Kraftstoff bzw. als Beimischung zum herkömmlichen Diesel verwendet. Noch nicht marktverfügbar sind Biobrennstoffe der zweiten Generation. Diese so genannten Biomass-to-liquids (BtL) werden mit Syntheseverfahren hergestellt, deren großtechnische Anwendung derzeit noch in der Entwicklung ist.
Pflanzenöl
Pflanzenöl wird in Deutschland fast ausschließlich aus Rapssamen gepresst, kann aber auch aus dem ölhaltigen Samen anderer Pflanzen wie z. B. Sonnenblumen, Palmfrüchte usw. gewonnen werden. Derzeit liegt die Jahresproduktion bei rund 2,8 Mio. t. Da bei der Herstellung lediglich die Früchte verwertet werden, ist die Ausbeute vergleichsweise gering. Aufgrund des hohen Flammpunktes und der hohen Viskosität ist pures Pflanzenöl nur mit entsprechender Vorerwärmung und mit hohem Druck in speziellen Ölbrennern zu zerstäuben.
Verestertes Pflanzenöl (FAME)
Durch die chemische Umsetzung mit Methanol (Veresterung) erhalten Pflanzenöle ähnliche Eigenschaften wie Heizöl EL oder Dieselkraftstoff, weswegen sie auch als Bioöl bzw. Biodiesel bezeichnet werden. Chemisch handelt es sich um Fettsäuremethylester (abgekürzt FAME von englisch fatty acid methyl ester), deren Anforderungen nach EN 14 213 europaweit genormt sind.
Verschiedene Kunststoffe, aus denen z. B. Dichtungen hergestellt werden, sind nicht dauerhaft gegen reine FAME-Brennstoffe beständig und quellen unter Umständen auf. Deshalb werden beim Einsatz von reinem Bioöl vor allem an Dichtungen und Schläuche in Tank- und Kesselanlagen höhere Anforderungen gestellt. Gegebenenfalls sind entsprechende Modifikationen an den betreffenden Bauteilen erforderlich. Dagegen sind FAME-Brennstoffe verbrennungstechnisch praktisch problemlos.
Biomass-to-liquids (BtL)
Im Gegensatz zu den zuvor genannten Biobrennstoffen, die ausschließlich aus ölhaltigen Früchten gewonnen werden, kann zur Herstellung von BtL-Brennstoffen die gesamte Pflanze (Blätter, Stängel und Früchte) verwendet werden. Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels Vergasung ein Synthesegas erzeugt. Im zweiten Schritt wird hieraus der Treibstoff synthetisiert. So kommt, z. B. im Vergleich zu Rapsöl, bei gleicher Anbaufläche ein bis zu dreifach höherer Ertrag zustande. Ein weiterer Vorteil von BtL-Brennstoffen ist, dass sie genau mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden können. So werden BtL-Brennstoffe problemlos auch unvermischt in den heute üblichen Heizungsanlagen einsetzbar sein.
Die Technik zur Herstellung von BtL befindet sich derzeit jedoch noch im Entwicklungsstadium. Es existieren zurzeit einige Versuchsanlagen, in denen BtL-Brennstoffe im Größenmaßstab von einigen hundert Litern am Tag hergestellt werden. An einer ersten großtechnischen Fertigungsanlage für flüssige Biobrennstoffe der zweiten Generation wird momentan gearbeitet. Es ist auch noch nicht vollständig geklärt, ob sich die Produktion von BtL-Brennstoffen im Vergleich zur Herstellung von Biogas wirtschaftlich lohnt. Bei der Umwandlung von Biomasse in BtL-Brennstoff entstehen Verluste (so genannte Konversionsverluste), die deutlich größer sind als bei der Herstellung von Biogas.
Verwendung in Öl-Brennwertkesseln
Moderne Öl-Brennwertkessel können schon heute mit Bioöl, also FAME-Brennstoffen, problemlos betrieben werden. So sind bei den Öl-Brennwertkesseln von Viessmann (www.viessmann.de) Bioöl-Beimischungen von bis zu 20 % zum herkömmlichen Heizöl EL möglich. Bereits 2007 wurde dazu auf der ISH in Frankfurt eine so genannte „Bio-Box“ vorgestellt, die im Heizungsraum dem herkömmlichen Heizöl automatisch Bioöl im jeweils gewünschten Verhältnis beimischt. Dazu wird eine spezifische Voreinstellung des Mischungsverhältnisses der Brennstoffe „Biobrennstoff / Heizöl EL“ vorgenommen. Neben dieser „Bio-Box“ ist lediglich ein weiterer Heizöltank für die Bevorratung des Bioöls erforderlich. Die „Bio-Box“ kann für Öl-Brennwertanlagen von Viessmann bis maximal 50 kW eingesetzt werden. Dabei sollte der Aufstellort jeweils in unmittelbarer Nähe des Ölbrenners gewählt werden (siehe Bild auf voriger Seite).
Derzeit erlaubt allerdings die deutsche Heizölnorm DIN 51 603 solche Beimischungen noch nicht. Heizöl EL darf danach ausschließlich mineralische Bestandteile enthalten. Es wurde aber mittlerweile eine Vornorm DIN V 51 603-6 für Heizöl mit Bio-Anteilen erarbeitet. Damit existiert eine Grundlage für standardisierte Bioöl/Heizöl EL-Gemische. Darüber hinaus bieten einige große Mineralölversorger im Rahmen der Vorbereitungen für eine Markteinführung solche standardisierten Gemische mit bis zu 5 % Bioanteil im begrenzten Umfang heute schon an.
