Seit 2015 gelten für neu installierte Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe die verschärften Emissionsgrenzwerte der Stufe 2 der 1. BImSchV. Gemäß den Statistiken der „Erhebungen des Schornsteinfegerhandwerks für 2015“ halten ca. 10% der Feuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen die Emissionsgrenzwerte der 1. BImSchV nicht ein. Bei dem inzwischen hohen Anteil von Biomasseanlagen ist demnach durchaus eine bedeutende Zahl von Kesseln betroffen. Dabei könnte der Betreiber einer solchen Feuerstätte durch den Einsatz eines Brennstoffs mit geeignetem Feuchtegehalt die Schadstoffemission und damit die Beanstandungsquote deutlich verringern.
Feuchtegehalt als entscheidendes Kriterium für die Brennstoffqualität
Mitentscheidend für die Qualität des Brennstoffs ist die Holzfeuchte. Sie ist definiert als die im Brennstoff gebundene Wassermasse bezogen auf die absolut trockene Brennstoffmasse. In der Holz- und Forstwirtschaft wird häufiger der Begriff „Wassergehalt“ verwendet, der nicht mit der Feuchte zu verwechseln ist, denn der Wassergehalt wird auf die Gesamtmasse inklusive Wasser, nicht auf die Trockenmasse bezogen. Die Holzfeuchte kann demnach leicht in den Wassergehalt umgerechnet werden.
Die Wahl eines Brennstoffs mit geeignetem Wassergehalt ist deshalb so bedeutend für einen optimalen Betrieb der Feststoff-Verbrennungsanlage, da der Wassergehalt einen direkten Einfluss auf die tatsächlich nutzbare Wärmemenge des Brennstoffs und damit auf das Emissionsverhalten der Anlage hat (vgl. Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe: Optimale Bereitstellungsverfahren für Holzhackschnitzel. Straubing 2015. S. 154). Dabei ist der Heizwert von Holz sogar linear abhängig vom Wassergehalt: Je geringer der Wassergehalt desto höher der Heizwert. Somit beeinflusst der Wassergehalt den Heizwert wesentlich stärker als die Art der Biomasse (vgl. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (Hrsg.): Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen. Rostock 2007. S. 58).
Die Ursache für den schlechteren Heizwert von feuchtem Holz liegt auf der Hand: Die Verdampfung des Wassers aus der Biomasse benötigt zusätzliche Energie. Diese muss zunächst durch den Brennstoff bereitgestellt werden. Da in der Praxis Feststofffeuerungen bisher selten mit Brennwerttechnik arbeiten, wird das Abgas in der Regel nicht rückkondensiert und die Wärmeenergie dadurch nicht zurückgewonnen. Als Nutzwärme steht demnach nur die Energie der Biomasse abzüglich der Verdampfungswärme des Wassers zur Verfügung. Das bedeutet, dass bei der Verwendung von Holz mit hohem Wassergehalt mehr Brennstoff verbrannt werden muss, um die gleiche Menge an Wärme zu freizusetzen, als bei der Verwendung von Holz mit niedrigem Wassergehalt, was dann auch höhere Staub- und CO -Emissionen zur Folge hat. Jedoch kann auch ein extrem trockener Brennstoff zu höheren Staubemissionen beitragen.
Vorgaben der 1. BImSchV zum Holzfeuchtegehalt
Aus diesem Grund legt die Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (1. BImSchV) fest, dass unter anderem „naturbelassenes stückiges Holz einschließlich anhaftender Rinde, insbesondere in Form von Scheitholz und Hackschnitzeln“ nur dann in Feuerungsanlagen eingesetzt werden darf, wenn der „Feuchtegehalt unter 25 Prozent bezogen auf das Trocken- oder Darrgewicht des Brennstoffs“ liegt. Als Ausnahme von dieser Bestimmung nennt die 1. BImSchV „automatisch beschickte Feuerungsanlagen, die nach Angaben des Herstellers für Brennstoffe mit höheren Feuchtegehalten geeignet sind.“ Von dieser Ausnahmeregelung sind ausschließlich Hackschnitzelanlagen betroffen, so dass diese Anlagen auch Hackschnitzel mit einem deutlich höheren Feuchtegehalt verbrennen können. Dadurch ergeben sich wiederum hohe Anforderungen an den Messbereich von Feuchtemessgeräten für Hackschnitzel. Sie sollten sinnvollerweise in der Lage sein, die Holzfeuchte von Schüttgütern bis zu 65 % u bestimmen zu können.
Mindestanforderungen der VDI-Richtlinie 4206 – Blatt 4 an das Messgerät
Ob Holz einen geeigneten Feuchtegehalt für die Verbrennung aufweist, ist durch eine Messung zu überprüfen. Die VDI-Richtlinie 4206 – Blatt 4 beschreibt daher Mindestanforderungen an Feuchtemessgeräte. Allerdings gilt die genannte Richtlinie bisher nur für Messungen an Scheitholz, nicht an Schüttgut wie Pellets oder Hackschnitzel. Das liegt unter anderem daran, dass es bisher noch keine mobilen Messgeräte zur schnellen Bestimmung der Holzfeuchte von Schüttgut gab, die belastbare Ergebnisse lieferten. Die in diesem Bereich üblichen Widerstandsmessungen per Einstechlanze ermöglichen es nicht, die Feuchte von Schüttgut mit der in der Norm geforderten Genauigkeit zu bestimmen: Auf eine Hackschnitzelschüttung wirkt im unteren Bereich grundsätzlich ein höherer Druck als im oberen Bereich, so dass die Hackschnitzel unten in einer höheren Schüttdichte liegen. Je tiefer die Elektroden der Einstechsonde in das Schüttgut eingeführt werden, desto geringer wird der elektrische Widerstand sein, den sie detektiert. Selbstverständlich vergrößert sich mit zunehmender Schüttdichte auch die Kontaktfläche an der Messsonde selbst. Beide Effekte führen dazu, dass ein zu hoher Feuchtewert angezeigt werden kann.
Neue Messmethode zur Bestimmung des Feuchtegehalts
Eine alternative Messmethode zur Bestimmung der Holzfeuchte, die selbst bei Schüttgut exakte Ergebnisse liefert, bietet das neue Wöhler HF 550 Holzfeuchtemessgerät. In Verbindung mit der Wöhler Feuchtewaage bestimmt das Gerät den Feuchtegehalt von Schüttgut, z.B. Pellets und Hackschnitzel, mit einer kapazitiven Messung, so dass die Kontaktfläche keine Rolle spielt. Da Wasser einen dominanteren Einfluss auf die Kapazität hat als trockenes Holz, liefert diese Methode ein sicheres Ergebnis. Das Wöhler HF 550 bezieht die ermittelte Kapazität auf die Gesamtmasse der Messprobe, die durch die im Boden integrierte Waage bestimmt wird. Aus der Kapazität, der Gesamtmasse und dem ausgewählten Brennstoff ermittelt das Gerät automatisch die korrekte Schüttgutfeuchte. Eine Dichtebestimmung des Schüttguts ist bei diesem Messverfahren daher unnötig. Ein weiterer Vorteil der Kapazitätsmessung ist der hohe Messbereich, der bei dem Wöhler-Gerät bei 0,1 bis 70 % liegt. Gerade bei der Feuchtebestimmung an Hackschnitzeln ist dies aufgrund der bereits beschriebenen Ausnahmeregelung der 1. BImSchV unumgänglich; denn viele Hackschnitzelanlagen dürfen ja mit einem Brennstoff betrieben werden, dessen Feuchte über 25 % liegt.
Die Präzision dieses Verfahrens wurde 2016 vom TÜV Süd nachgewiesen. Erstmalig erfüllt ein Holzfeuchte-Messgerät nun auch für Schüttgut die strengen Anforderungen, die die VDI 4206-4 an ein Messgerät zur Feuchtebestimmung an Scheitholz stellt. Während der TÜV-Prüfung im Frühjahr wurden diese Anforderungen sogar noch übertroffen. Die vom Gerät gemessenen Feuchte-Werte liegen nämlich auch außerhalb der in der Norm für Scheitholz festgelegten Grenzen von 10 % bis 35 % noch sicher im Bereich der geforderten Messtoleranzen.
Handgerät mit verschiedenen Sonden
Beim Wöhler HF 550 Holzfeuchtemessgerät handelt es sich um ein Messsystem, das es ermöglicht, unterschiedliches Zubehör an ein Handgerät anzuschließen. Neben der Feuchtewaage zur Bestimmung der Feuchte an Schüttgütern können unterschiedliche Sonden für eine Widerstandsmessung zur Feuchtebestimmung an Scheitholz angeschlossen werden. Eine Temperaturkompensation bei Messungen an Scheitholz und die Möglichkeit, unter 14 Holzarten auszuwählen, garantieren auch für die Scheitholzmessung präzise Messwerte. Das Menü führt den Anwender sicher durch die Messung, so dass innerhalb weniger Minuten eine korrekte und normgerechte Feuchtebestimmung der Messprobe durchgeführt werden kann. Bei der Scheitholzmessung zeigt das Display beispielsweise genau an, wo der Messpunkt im Holzscheit zu setzen ist. Werden mehrere Einzelmessungen durchgeführt, errechnet das Gerät automatisch den Mittelwert nach jeder Messung. Gemäß der im Juli 2016 erschienenen Verordnung zur Durchführung der Messung VDI 4207 – Blatt 2 sind dazu maximal neun Einzelmessungen durchzuführen, und zwar drei Messungen an drei Holzscheiten. Die Messwerte können im Gerät gespeichert und verwaltet sowie unmittelbar vor Ort auf einem Thermodrucker ausgedruckt werden.
Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten
Das Wöhler Feuchtemessgerät dürfte vor allem wegen seiner hohen Präzision aber auch wegen der an die Norm angelehnte Menüführung bei unterschiedlichen Berufsgruppen auf großes Interesse stoßen: Zuständig für die Überprüfung des Feuchtegehalts von festen Brennstoffen ist der Schornsteinfeger bei der Feuerstättenschau oder bei der Abnahme einer neuen Feststoffheizung. Auch der Heizungsinstallateur sollte die Messung durchführen, um seinen Kunden entsprechend beraten zu können. Brennstoffhändler müssen den Feuchtegehalt ihrer Ware genau kennen, um die Qualität und die Lagerfähigkeit korrekt zu beurteilen. Übrigens lassen sich bei der Feuchtebestimmung von Schüttgut unter anderem sieben verschiedene Getreidesorten auswählen, so dass das Gerät auch in der Landwirtschaft genutzt werden kann.
