21. Jahrgang; Ausgabe 6-2014; ISSN 1435-4098; Einzelpreis: € 5,– a ue ll t 103 k mit Waldforschung aktuell 62|2014 Powerchips aus dem Wald Das Magazin der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft im Zentrum Wald -Forst -Holz Weihenstephan INHALT 4 Der Weg zum Hackschnitzel POWERCHIPS AUS DEM WALD Hacken, schütten, liefern Fabian Schulmeyer und Karl Hüttl 4 Qualität aus Bayern Daniel Kuptz und Hans Hartmann 8 Hackschnitzel – die Chemie muss stimmen 12 Elke Dietz, Daniel Kuptz und Uwe Blum Wärme – aber natürlich! Anika Gaggermeier und Fabian Schulmeyer 15 Energieholz im Aufwind Anika Gaggermeier, Sabine Hiendlmeier und Stefan Friedrich 18 Holzvergaser – alte Technik mit neuem Schwung Birgit Kutter 22 Der Holzpelletmarkt in Bayern Melanie Zenker und Stefan Friedrich 24 ExpRessBio Daniel Klein und Christoph Schulz 26 Sie können in einer Stunde bis zu 180 Raum- meter Hackschnitzel produzieren. Wenn mobile Großhacker diese Leistung aber WALDFORSCHUNG AKTUELL auch abrufen sollen, dann müssen alle Zäh- »Die Bayerische Forstwirtschaft« Heinrich Förster und Susanne Promberger 29 ne im »Getriebe der Hackschnitzelbereitstel­ Nachrichten und Veranstaltungen 30 lung« reibungslos ineinandergreifen. 29 Bayerische Forstwirtschaft AUS DEN WALDKLIMASTATIONEN WKS-Witterungs-und Bodenfeuchtereport: Bunter Wettercocktail und früher Herbst 32 WALD-WISSENSCHAFT-PRAXIS Was wächst denn da? 34 Hagen S. Fischer, Barbara Michler, Michael Schwall, Thomas Kudernatsch, Helge Walentowski und Jörg Ewald Douglasie: Einfluss des Waldbaus auf die Schnittholzqualität 38 Andreas Rais, Hans Pretzsch und Jan-Willem Van de Kuilen INTERFORST 2014 – Ein Rückblick 42 22 forstliche Vereine und Verbände und Hans Feist, Konstantin Benker, Michael Wolf, Fabian Schulmeyer und Michael Lutze Bayerns Forstverwaltung bilden das Fo- Hutewald der Siebenbürger Sachsen Britta Uhde 46 rum »F22«. Um forstlichen Themen mehr Wildbret regional vermarkten 48 Gewichtzugeben,veranstaltendie F22al­ Barbara Köttl, Valerie Kantelberg, Heidrun Seifert und Tobias Friedmann le zwei Jahre einen Waldtag Bayern: die­ Das Borkenkäferjahr 2014 Cornelia Triebenbacher und Florian Krüger 51 ses Jahr unter dem Motto »Menschen – Wälder – Technik«. KURZ & BÜNDIG 48 Wildbret aus Bayern Nachrichten 54 Impressum 55 Gesund und frei von jeglichen Lebensmittel­ skandalen: Wildbret wird immer beliebter. Und dennoch gilt es, das Eine oder Andere Titelseite: Waldhackschnitzel aus Energierundholz oder aus bei der Direktvermarktung zu beachten. ehemals ungenutztem Waldrestholz sind seit einigen Jahren für Waldbesitzer ein zunehmend interessantes Verkaufsprodukt. Fotos: (v.o.) K. Hüttl; S. Promberger; M. Zeh Foto: J. Böhm LWF aktuell 103/2014 EDITORIAL Liebe Leserinnen und Leser, wer mit dem Auto zur Arbeitsstelle fährt und auf die Spritpreise an den Tank­ stellen blickt, ist froh, dass die Preise endlich mal eine Weile stabil bleiben. Dennoch müssen wir heute viel mehr von unserem Einkommen für Sprit, Strom, Gas oder Heizöl ausgeben als noch vor wenigen Jahren. Heute bezah­ len wir zum Beispiel für Heizöl doppelt so viel wie vor zehn Jahren. Bei kei­ nem anderen Verbrauchsgut sind die Preise derart stark gestiegen. Entspre­ chend ist die Nachfrage nach alternativen Brennstoffen wie Holz enorm gewachsen. Jeder dritte private Haushalt in Bayern heizt inzwischen zumin­ dest teilweise mit Holz. Die Anzahl der Biomasseheizwerke und -heizkraft­ werke ist mittlerweile auf fast 2.000 gewachsen; das heißt, dass rechnerisch auf fast jede Gemeinde eine Biomasseheizanlage kommt. Solche Zahlen über den Energieholzmarkt hat C.A.R.M.E.N. e.V. zusammen mit der LWF erho­ ben und präsentiert die wichtigsten Ergebnisse in diesem Heft. Die aktuel­ len Trends zur Holzvergasung und Pelletierung werden in eigenen Artikeln beleuchtet. Holz ist allerdings nicht im Überfluss vorhanden. Die Bundes­ waldinventur 2012 zeigt uns, dass wir inzwischen so viel Holz ernten, dass die Holzvorräte in den Wäldern nicht mehr größer werden. Im Übrigen darf auf vielen Standorten nur maßvoll Energieholz entnommen werden, damit die Nährstoff- und Humusvorräte im Waldökosystem nicht aufgezehrt wer­ den. Energieholz wird somit ein immer knapperes Gut, mit dem sparsam um­ gegangen werden sollte. Das Technologie-und Förderzentrum und die LWF haben gemeinsam untersucht, wie qualitativ hochwertige Hackschnitzel auf effiziente Weise im Wald hergestellt werden können. Neue Kennzahlen zu den Prozessketten, die Einflussgrößen auf die physikalische und chemische Hackschnitzelqualität sowie auf den Energieverbrauch bei der Erzeugung stellen wir in diesem Heft vor. Ihr Olaf Schmidt 3 LWF aktuell 103/2014 POWERCHIPS AUS DEM WALD Hacken, schütten, liefern LWF und TFZ untersuchen Produktivität und Kosten bei mobilen Hackereinsätzen in Bayerns Wäldern Fabian Schulmeyer und Karl Hüttl Die Bereitstellung von Waldhackschnitzeln ist heute ein fester Bestandteil der forstlichen technischen Produktion. Mit steigen­ der Nachfrage nach diesem erneuerbaren Energieträger ist eine zunehmende Professionalisierung zu beobachten. Das Techno- logie-und Förderzentrum (TFZ) und die Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) haben in einem gemein­ samen Forschungsprojekt die gesamte Bereitstellungskette untersucht und den Status quo der Waldhackschnitzelbereitstellung in Bayern aufgezeichnet. Ein Fokus lag auf Produktivität und Kosten beim Verfahrensschritt Hacken und die Einbindung des Ha­ ckers in Organisation und Logistik der Gesamtkette. Die Bereitstellung von Waldhackschnitzeln bietet für Forstbe­ Hackholz und Antriebsleistung bestimmen triebe und Unternehmen Chancen, neue Geschäftsfelder für die Produktivität ehemals ungenutzte Holzsortimente zu erschließen. Da die Ge­ winnspannen jedoch in der Regel sehr eng sind, müssen die Das Hacken wurde in 30 Fallstudien mit Waldrestholz und in Produktionsabläufe möglichst reibungslos ablaufen. Dazu sind 13 Fallstudien mit Energierundholz unter Praxisbedingungen praxisnahe Kennzahlen für die Verfahrensschritte notwendig. begleitet. Nach der bei forstlichen Arbeitsstudien in Deutsch­ Die bayerischen Verhältnisse beim Einsatz von Großhackern land üblichen REFA-Methode wurden Zeitstudien im Fort­ im Wald wurden in Experteninterviews und umfangreichen schrittszeitverfahren durchgeführt. Dazu werden die Arbeits­ Arbeitsstudien untersucht. Produktivität und Kosten der Ha­ abläufe in exakt trennbare Ablaufabschnitte gegliedert. So cker und die Bedeutung der Logistik werden in diesem Arti­ wird eine Auswertung der einzelnen Zeitanteile ermöglicht. kel dargestellt. Neben den Zeiten wurden auch die jeweils relevanten Rah­ menbedingungen aufgenommen (z. B. Ausgangsmaterial, Ma­ schinentyp und Einstellungen). Alle untersuchten Hacker Gehackt wird auf der Forststraße waren Trommelhacker, davon 17 LKW-Aufbau-Hacker, 17 An­ hängerhacker und vier selbstfahrende Hacker. Klassisches Ausgangsmaterial für Waldhackschnitzel (Hack­ Die Produktivität beim Hacken beschreibt das Verhältnis holz) ist Waldrestholz (WRH), hauptsächlich aus Fichte und der produzierten Hackschnitzelmenge in Schüttraummetern Kiefer. Dazu zählen unter anderem Kronen und Kronenteile, (Srm) zur eingesetzten Arbeitszeit in Maschinenarbeitsstun- Äste und faule oder gebrochene Stammabschnitte. Je nach Be­ stand kommen Beimischungen von Laubholz bis zu 30 % vor. Zunehmend werden auch (grob) entastete Stammabschnitte schlechter Qualität als Energierundholz (ER) zum Hacken be­ reitgestellt. Insgesamt geht der Trend hin zum Einsatz professioneller Hackerunternehmer. Das Hacken ist in der Regel ein von Ern­ te und Rückung entkoppelter Verfahrensschritt. Die Forst­ straße hat sich als Standort des Hackers durchgesetzt. Hier ist aufgrund der geringen Anforderungen an die Geländegän­ gigkeit der Einsatz mobiler Großhacker und verschiedener Maschinenkombinationen (auch bei den Transportfahrzeu­ gen) möglich. Die leistungsstarken Maschinen ermöglichen durch ihre Mobilität wirtschaftliche Hackeinsätze im Wald oh­ ne arbeitsintensiven Transport von Hackholz. Sie können durch die Vorkonzentration des Hackholzes inPoltern ausge­ lastet werden. Allerdings herrscht im Wald oft Platzmangel sowohl für die Hackholzpolter als auch für das Rangieren der Maschinen. Abbildung 1: Produktivität des Hackers in Schüttraummetern pro Maschinenarbeitsstunde in Abhängigkeit von Ausgangsmaterial und Antriebsleistung 4 LWF aktuell 103/2014 POWERCHIPS AUS DEM WALD Tabelle 1: Produktivität und Kosten des Hackers in Abhängigkeit von Ausgangsmaterial und Antriebsleistung (ohne Anfahrtskosten) HHaacckkeerr--AAnnttrriieebbsslleeiissttuunngg PPrroodduukkttiivviittäätt HHaacckkkkoosstteenn [[KKWW]] SSrrmm//hh ((MMAASS)) ((€€//SSrrmm]] Waldrestholz Energierundholz Waldrestholz Energierundholz bis 99 bis 25 bis 30 ab 4,10 ab 3,30 100 – 199 bis 45 bis 65 3,50 – 6,30 2,50 – 5,00 200 –299 bis 65 bis 100 3,70 – 5,20 2,40 – 3,60 300 – 399 bis 85 bis 135 3,00 – 3,80 1,80 – 2,50 ab 400 bis 105 bis 180 2,40 – 3,10 1,40 – 1,90 den (h MAS). Die Maschinenarbeitsstunde beinhaltet die rei­ dingungen im Wald kann die Produktivität jedoch nicht gren­ ne Arbeitszeit und alle Unterbrechungen, die nicht länger als zenlos durch mehr Antriebsleistung gesteigert werden, da 15 Minuten dauern. Die Auswertung ergab zwei statistisch sig­ durch den schnelleren Durchsatz beim Hacker auch die An­ nifikante Zusammenhänge: Erstens wird bei Energierundholz forderungen an Organisation und Logistik steigen. eine höhere Produktivität erreicht als bei Waldrestholz, zwei­ tens steigt die Produktivität mit zunehmender Hacker-An­ triebsleistung (Abbildung 1). Außerdem zeigten sich Tenden­ Die Schnitzel müssen weg zen einer höheren Produktivität bei Weichholz gegenüber Hartholz sowie bei gröberen Siebweiten (80 x 80 mm auf­ Beim Einsatz auf der Forststraße sind Hacken und Transport wärts) gegenüber engeren. aneinander gekoppelt, da die Hackschnitzel in der Regel di­ Die höhere Produktivität beim Energierundholz lässt sich rekt in Transportbehälter ausgeworfen werden. Waldhack­ auf einen im Durchschnitt 19 % höheren Durchsatz bezogen schnitzel werden beim Einsatz von Großhackern überwiegend auf die reine Arbeitszeit zurückführen. Dieser resultiert aus mit Container-LKW transportiert (Abbildung 4). Meist wer­ der kompakteren und geordneteren Lage der Hölzer im den LKW-Züge mit zwei Containern eingesetzt, von denen ei­ Polter, wodurch dem Hacker je Kranbewegung eine größere ner an einem Umladeplatz (z. B. Waldparkplatz) abgestellt Holzmenge zugeführt werden kann. Hinzu kommen noch ge­ wird. Die Waldfahrt zur Beladung am Hacker erfolgt dann oh­ ringere Rüst-und Rangierzeiten am Polter und weniger me­ ne Anhänger. Bei kleineren Einsätzen spielen auch landwirt­ chanische Verteilzeiten (kleinere Reparaturen). Die höheren schaftliche Anhänger an Schleppern eine Rolle. Wo es die Er­ Rüst-und Rangierzeiten bei Waldrestholz erklären sich eben­ schließungssituation (v. a. Wegebreite und Kurvenradien) falls durch die Polterstruktur: Um eine vergleichbare Hack­ erlaubt, werden zunehmend Schubboden-LKW eingesetzt. schnitzelmenge aus Waldrestholz zu erzeugen, sind größere Polter notwendig. Der Hacker kommt daher schneller an die Grenzen der Kranreichweite und muss rangieren. Die höhe­ ren mechanischen Verteilzeiten könnten auf eine höhere Ma­ schinenbeanspruchung bei Waldrestholz hindeuten. Produktivität und Maschinenkosten ergeben die Hackkosten Zur Ableitung von Kennzahlen für Produktivität und Kosten wurden die Hacker nach den Herstellerangaben zur Antriebs­ leistung gruppiert. Viele der größeren zapf wellenbetriebenen Anhängerhacker werden von Schleppern mit einer Antriebs­ leistung am Hacker von 200 bis 299 kW eingesetzt (Abbildung 2). Die meisten der verbreiteten LKW-Aufbau-Hacker liegen im Bereich zwischen 300 und 399 kW (Abbildung 3). Jeweils für ein typisches Hackermodell (ggf. inkl. Schlepper) wurden FFoottoo:: KK.. HHüüttttll in Anlehnung an gängige Kalkulationsschemata (z. B. KWF 2013) die Maschinenkosten berechnet. Mit steigender Abbildung 2: Ein Beispiel für eine Maschinenkombination im Antriebsleistung wurde eine höhere Produktivität erreicht (Ta­ Antriebsleistungsbereich 200-299 kW ist der Anhängerhacker belle 1). Dadurch konnten die höheren Maschinenkostensät­ HeizohackHM14800Kaneinem Fendt936 Vario. ze für stärkere Modelle ausgeglichen werden. Unter Praxisbe­ 5 LWF aktuell 103/2014 POWERCHIPS AUS DEM WALD Foto: K. Hüttl FFoottoo:: KK.. HHüüttttll Abbildung 3: In den Leistungsbereich 300-399 kW sind viele gängi­ Abbildung 4: Beim Hacken im Wald werden häufig Container-LKW ge LKW-Aufbau-Hacker einzuordnen, wie z. B. der Jenz HEM 582 R. zum Transport der Hackschnitzel eingesetzt. Je leistungsstärker der Hacker ist, desto kürzer werden die In­ gung. Nachteilig ist das vergleichsweise hohe Leergewicht. Aus tervalle, in denen die Behälter ausgetauscht werden müssen. fünf Wiegungen von LKW (ohne Allrad) mit Hakenlifteinrich­ Die Wartezeiten auf einen neuen, leeren Transportbehälter tung, Anhänger und zwei Containern wurde ein durchschnitt­ waren mit 28 % der gesamten Arbeitszeit der Hauptgrund für liches Leergewicht von rund 20 t ermittelt. Für Schubboden- Arbeitsunterbrechungen des Hackers (Abbildung 5). Zur Mi­ LKW liegen zwei Wiegungen mit rund 16 t Leergewicht vor. nimierung der Standzeiten müssen ausreichend Transportka­ Bei Ansatz des durchschnittlichen Leergewichtes bleibt we­ pazitäten bereitgestellt werden. Allerdings ist eine gewisse gen des in Deutschland auf 40 t beschränkten zulässigen Ge­ Wartezeit auch bei optimaler Organisation unvermeidbar, ge­ samtgewichtes eine Zuladung von rund 20 t für Container- rade unter Praxisbedingungen im Wald. Hier spielen vor al­ LKWund vonrund24tfürSchubboden-LKW. lem Rangierzeiten unter beengten Verhältnissen und Zeiten In den Studien wurden für die waldfrischen Hackschnit­ für die Ladungssicherung vor der Abfahrt eine Rolle. Beim zelein mittlererWassergehaltvon rund 50% und eine Schütt- Einsatz von Container-LKW wurden Wartezeiten je Wechsel­ dichte im LKW von durchschnittlich 340 kg/Srm gemessen. vorgang von durchschnittlich 14 Minuten beobachtet. Schub- Ein Ladungsgewicht von 20 t entspricht rund 60 Schüttraum­ boden-LKW zeigten, bedingt durch längere Rangier-und Ein­ metern,einL adungsgewichtvon2 4 tgut 70 Schüttraumme­ richtungszeiten am Hacker, signifikant höhere Wartezeiten tern waldfrischen Hackschnitzeln. Das mittlere maximale vondurchschnittlich26Minuten.Hierbei mussb erücksich­ Ladevolumen der LKW-Züge mit zwei Containern betrug tigt werden, dass ein Schubboden-LKW ein deutlich höheres 74 m³, das der Schubboden-LKW 91 m³. Das Ladevolumen Ladevolumen hat und daher die Wechsel weniger häufig an­ kann also bei Hackschnitzeln mit 50 % Wassergehalt nicht fallen. Bezogen auf die mögliche Zuladung sind die Wartezei­ vollständig ausgenutzt werden. Da der Wassergehalt zudem ten auf Container sogar höher. (z. B. durch Trocknungseffekte im ungehackten Polter) und Ausden ErfahrungenimProjekt herausw erdenW artezei­ damit auch die Schüttdichte stark schwanken können, erfor­ tenvon biszu15Minuten fürContainer undbis zu 37 Minu­ dert es viel Erfahrung bei den Maschinenführern, damit die ten für Schubboden-LKW als akzeptabel angesehen. Jeweils Transportfahrzeuge nicht überladen werden, gleichzeitig aber 75 % der beobachteten Wechsel lagen unter diesen Werten. möglichst wenig Transportvolumen ungenutzt bleibt. Die Längere Wartezeiten waren in der Regel auf eine zu geringe Schubboden-LKW sind bei der möglichen Zuladung klar im Anzahl an Fahrzeugen oder unvorhersehbare Verkehrsbedin­ Vorteil, sind aber schwieriger zu rangieren und benötigen ei­ gungen und Wartezeiten beim Abladen am Bestimmungsort ne bessere Erschließung. Eine Vortrocknung des Hackholzes zurückzuführen. reduziert das Gewicht und kann so die Zuladung von mehr Schüttraummetern möglich machen. Allerdings kann hierfür keine allgemeine Empfehlung gegeben werden, da im Wald oft 40 Tonnen sind bald erreicht dienotwendigenV oraussetzungenfür eine sinnvolleVortrock­ nung (Sonne, Wind) fehlen. Zudem sind die Waldschutzsitua­ Vorteile der Container-LKW sind ihre weite Verbreitung und tion und Naturschutzbelange zu berücksichtigen. ihre vielseitige Einsetzbarkeit. Sie sind im Wald ausreichend wendig und stehen auch als Allradausführungen zur Verfü- 6 LWF aktuell 103/2014 POWERCHIPS AUS DEM WALD Zum Forschungsprojekt »Optimale Bereitstellungsverfahren für Holzhackschnitzel« Im Rahmen des vom Bayerischen Staatsministerium für Ernäh­ rung, Landwirtschaft und Forsten geförderten Forschungspro­ jekts haben das Technologie-und Förderzentrum (TFZ) und die Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) die gesamte Bereitstellungskette für Waldhackschnitzel untersucht. Ziele des Projekts waren die Erarbeitung von Ver­ fahrensdaten zur Herstellung und Qualitätssicherung von Waldhackschnitzeln, Empfehlungen zur Optimierung und der Wissenstransfer in die Praxis. Die Artikel auf den Seiten 4–13 stellen eine Auswahl an Erkenntnissen aus dem Projekt vor. Die gesammelten Ergebnisse werden Ende 2014 in einem um­ fangreichen Forschungsbericht in der Schriftenreihe des TFZ veröffentlicht. Dieser wird im Internet auf der Homepage des TFZ (www.tfz.bayern.de) in der Rubrik »Service – Publikatio­ nen« zum kostenfreien Download zur Verfügung gestellt. Abbildung 5: Zeitanteile der einzelnen Ablaufabschnitte an der gesamten Arbeitszeit AAkkttuueellllee EEnneerrggiieehhoollzzpprroojjeekkttee aann ddeerr LLWWFF ((11)) Fazit und Ausblick »Ressourcenschonung durch grob entastetes Energierundholz« Der professionelle Einsatz mobiler Großhacker ist in bayeri­ Nährstoffentzüge bei der Nutzung von Kronen und Waldrest- schen Wäldern weit verbreitet. Allerdings müssen die leis­ holz für Waldhackschnitzel können je nach Standort zu dessen tungsstarken Maschinen durch eine gute Organisation und Degradierung bzw. Versauerung führen, weil in Ästen, Reisig Logistik unterstützt werden, um hohe Durchsatzleistungen zu und Nadeln überproportional viele Nährelemente enthalten erbringen. Vor allem die Transportkapazitäten müssen auf die sind. Im Projekt werden Ernteverfahren ökologisch und ökono­ erwartete Produktivität des Hackers abgestimmt sein. Bei der misch bewertet, bei denen zum Hacken vorgesehene Baumtei­ Auswahl der Transportfahrzeuge müssen zudem die Bedin­ le grob entastet werden, um den Nährstoffentzug zu reduzie­ gungen vor Ort berücksichtigt werden. Die vollständigen Er­ ren. Untersucht wird, ob dadurch die Hackschnitzelbereitstellung gebnisse des Forschungsprojektes »Optimale Bereitstellungs­ auf Waldstandorten, die im Grenzbereich zum Nutzungsverzicht verfahren für Holzhackschnitzel« werden Ende 2014 in der liegen und für eine Kronen-bzw. Waldrestholznutzung ausge­ Schriftenreihe des TFZ veröffentlicht. schlossen sind, ermöglicht werden kann. Im Zuge der Energie- Ein weiteres wichtiges Thema bei der Disposition von Ha­ wende kann so Waldholz nachhaltig energetisch genutzt und cker und Logistik ist die Einschätzung der erwarteten Hack­ gleichzeitig die Hackschnitzelqualität erhöht werden. schnitzelmengen. Im Projekt wurden gängige Schätzverfahren und Umrechnungsfaktoren überprüft und ein praxistaugliches »Qualitätserhaltende Hackschnitzellagerung« Schätzverfahren entwickelt, das ausführlich im Projektbericht Das gemeinsam mit dem TFZ durchgeführte Projekt untersucht und anwenderfreundlich in einer weiterentwickelten Neuaufla­ die Auswirkungen der Lagerung auf die Qualität von Holzhack­ ge des LWF-Merkblatts 10 Bereitstellung von Waldhackschnit­ schnitzeln sowohl in praxisnahen Freilandversuchen als auch un­ zeln veröffentlicht wird. ter kontrollierten Bedingungen im Labor. Hierbei werden auch verschiedene Ausgangsqualitäten von Hackschnitzeln berück­ sichtigt. Bei den Versuchen stehen insbesondere der Verlust an Literatur Trockenmasse durch Zersetzungsprozesse und die Trocknungs­ effekte im Vordergrund. Neben der Untersuchung von weiteren KWF – Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik e.V. (2013): Forst­ (überwiegend qualitativen) Parametern wird eine ökonomische maschinen vorauskalkulieren – Hintergründe, KWF-Richtwerte und Betrachtung verschiedener Lagerungsarten und der damit ver­ Berechnungsbeispiele. KWF Merkblatt Nr. 17 bundenen Logistik durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Stu­ die werden Empfehlungen an die Praxis abgeleitet, wie die La­ gerhaltung optimiert werden kann. Abt. 4, LWF Fabian Schulmeyer ist an der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft in der Abteilung »Forsttechnik, Betriebswirt­ schaft, Holz« für den Bereich Energieholzbereitstellung zuständig. Karl Hüttl bearbeitete das Forschungsprojekt »Optimale Bereitstel­ lungsverfahren für Holzhackschnitzel«. [email protected] 7 LWF aktuell 103/2014 POWERCHIPS AUS DEM WALD Qualität aus Bayern Physikalische Eigenschaften von Waldhackschnitzeln nach DIN EN ISO 17225 Daniel Kuptz und Hans Hartmann Waldhackschnitzel werden aus einer Vielzahl an Rohmaterialien und mit einer Reihe an unterschiedlichen Verfahren produziert. Dementsprechend weit streut die Qualität dieses Brennstoffs. Für den reibungslosen Betrieb der Feuerungsanlagen müssen je­ doch bestimmte Qualitätseigenschaften bei Waldhackschnitzeln eingehalten werden. Orientierung bietet hier die seit 2014 gül­ tige Brennstoffnormenreihe um die DIN EN ISO 17225. LWF und TFZ haben die Bandbreite möglicher Brennstoffqualitäten von Waldhackschnitzeln analysiert, hinsichtlich verschiedener energetischer Verwertungswege bewertet und Optimierungsempfeh­ lungen für die Praxis erstellt. Die Brennstoffqualität von Waldhackschnitzeln ist aufgrund ter steigen, da die 2. Stufe der Ersten Bundesimmissionsschutz­ der Fülle an möglichen Rohmaterialien und Aufbereitungsver­ verordnung (1. BImSchV), welche für Neuanlagen ab 2015 in fahren sehr variabel. Je nach Hackholzsortiment befinden sich Kraft tritt, die Anforderungen an das Emissionsverhalten der unterschiedliche Anteile an Nadeln, Blättern und Rinde im Kessel deutlich erhöht. Brennstoff. Der aus Energierundholz hergestellte, qualitativ Die Brennstoffqualität von Waldhackschnitzeln wird an­ hochwertige »Premiumhackschnitzel«, auch »Weiße Hack­ hand einer Reihe von physikalischen und stofflichen Eigen­ schnitzel« oder »Weiße Ware« genannt, steht dabei dem klas­ schaften definiert (Hartmann 2009):ErstesentscheidendesQua­ sischen »Waldrestholz«-Hackschnitzel gegenüber (Abbildung 1). litätsmerkmal ist der Wassergehalt der Brennstoffe. Dieser hat Weiterhin beeinflussen die verwendeten Maschinen, die Pro­ direkten Einfluss auf die tatsächlich nutzbare Wärmemenge. zesseinstellungen oder die Arbeitsweise im Wald die Brenn­ Das im Brennstoff befindliche Wasser muss bei der Verbren­ stoffeigenschaften. Obwohl die Qualität von Waldhackschnit­ nung unter Einsatz von Wärmeenergie verdampft werden. Der zeln somit sehr stark streut, stellt sie für viele Produzenten Wassergehalt beeinflusst auch das Emissionsverhalten der An­ und Konsumenten immer noch einen eher untergeordneten lage und die Lagerfähigkeit der Brennstoffe. Weitere physika­ Punkt dar. Vor allem Kleinfeuerungsanlagen unter 100 Kilo­ lische Qualitätsmerkmale sind die Qualität und der Gehalt an watt (kW) sind jedoch für den reibungslosen Betrieb auf mög­ Asche, der Heizwert sowie die Partikelgröße und die Partikel­ lichst gleichbleibende, fest definierte Brennstoffqualitäten an­ form.Letzterebeeinflussen maßgeblich dasFließverhaltender gewiesen. Somit kommt es regelmäßig zu Konflikten zwischen Schüttgüter, z. B. durch Verstopfung der Förderschnecken oder Produzenten und Betreibern. Die Ansprüche an einen saube­ durch Brückenbildung im Lager (Hinterreiter 2010). ren, qualitativ hochwertigen Brennstoff werden langfristig wei- Brennstoffspezifikation nach ISO Norm Die Brennstoffqualität von Waldhackschnitzeln lässt sich mit Hilfe internationaler Normen beschreiben. Seit 2014 gilt da­ bei die Normenreihe um die DIN EN ISO 17225, welche die bisher gängigen Brennstoffnormen (DIN EN 14961, ÖNorm M7133) ersetzt. Teil 1 der Norm (DIN EN ISO 17225-1) legt gene­ relle Spezifikationen zu biogenen Festbrennstoffen und eine Einteilung möglicher Rohmaterialien fest. Für die gezielte Ver­ wendung von Holzhackschnitzel in Kleinfeuerungsanlagen gilt Teil 4 der Norm (DIN EN ISO 17225-4).InTeil4derNorm werden folgende drei Korngrößenklassen P16S, P31S und P45S definiert (Tabelle 1). Der Klassenname beschreibt die jeweilige Hauptfraktion. Für die Größenklasse P16S zum Bei­ spiel müssen mindestens 60 % der Hackschnitzelmasse (Ma %) eine Größe zwischen 3,15 und 16 mm aufweisen. Au­ ßerdem wurden Anforderungen für den maximalen Feinan­ FFoottoo:: DD.. KKuuppttzz teil, den zulässigen Grobanteil, die maximale Partikellänge Abbildung 1: Für jede Feuerung geeignet? Hackschnitzel aus Wald­ und die maximale Querschnittsfläche der Teilchen festgelegt. restholz (hier Fichte) haben hohe Anteile an Nadeln, Rinde und Ästen. Neben der Korngrößenverteilung werden in der DIN EN ISO 8 LWF aktuell 103/2014 POWERCHIPS AUS DEM WALD Tabelle 1: Größenklassen für Holzhackschnitzel nach DIN EN ISO 17225-4 GGrröößßeenn­ HHaauuppttffrraakkttiioonn FFeeiinnaanntteeiill,, GGrroobbaanntteeiill,, MMaaxxiimmaallee MMaaxxiimmaallee QQuueerr­ kkllaassssee ≥≥6600%%MMaa..--%% MMaa..--%% ≤≤ 33,,1155 mmmm MMaa..--%% LLäännggee sscchhnniittttssffllääcchhee P16S 3,15 mm≤P≤16mm ≤15Ma.-% ≤ 6 Ma.-% > 31,5 mm ≤45mm ≤2cm² P31S 3,15 mm≤P≤31,5mm ≤10Ma.-% ≤6Ma.-% >45mm ≤ 150 mm ≤4cm² P45S 3,15 mm≤P≤45mm ≤10Ma.-% ≤10Ma.-% >63mm ≤ 200 mm ≤6cm² 17225-4 vier Qualitätsklassen beschrieben (A1, A2, B1 und Feldstudien zur Brennstoffqualität B2). Für jede Klasse gelten bestimmte Anforderungen hin­ sichtlich des verwendeten Rohmaterials, wobei Waldholz als In einem 2014 abgeschlossenen Forschungsvorhaben unter­ naturbelassener Rohstoff für alle vier Qualitätsklassen zu­ suchten die Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirt­ lässig ist. Weiterhin werden für jede der vier Klassen Anfor­ schaft (LWF) und das Technologie- und Förderzentrum im derungen an die physikalischen Brennstoffeigenschaften Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ) die (Wassergehalt, Aschegehalt, Heizwert und Schüttdichte) Bereitstellung von Holzhackschnitzeln und erstellten darauf­ sowie an die stofflichen Brennstoffeigenschaften, d. h. an die hin Empfehlungen für die Praxis. Die Ergebnisse des vom Baye­ Elementkonzentrationen (nur Klasse B1 und B2), gemacht. In­ rischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und formationen zur Verwendung von Holzhackschnitzeln in Forsten (BayStMELF) geförderten Projektes werden Ende 2014 Kleinfeuerungsanlagen enthält das TFZ-Merkblatt »Brenn­ in der Schriftenreihe des TFZ unter dem Titel »Optimale Be­ stoffspezifikation von Qualitätshackschnitzeln«. reitstellungsverfahren für Holzhackschnitzel« veröffentlicht. DieSpezifikationender DINENISO 17225-4sindvor al­ Die Untersuchungen zur Brennstoffqualität von Waldhack­ lem für Betreiber oder Hersteller kleinerer Feuerungsanlagen schnitzeln werden im Folgenden kurz zusammengefasst. interessant (Tabelle 2). Brennstoffe der Klassen A1 und A2 Im Rahmen von Feldstudien hat das TFZ zahlreiche Hack­ werden hauptsächlich in privaten Hackschnitzelfeuerungen schnitzelproben aus Waldrestholz (n = 23), Vollbäumen (n = bis circa 100 kW verbrannt. Auch für die Verwendung von 2) und Energierundholz (n = 13) gewonnen und auf ihre phy­ Holzhackschnitzeln in Festbettvergasern, sogenannte »Holz­ sikalische Brennstoffeigenschaft hin analysiert. Zu diesen vergaser«, eignet sich die Klasse A1 und A2, wobei jedoch die zählen der Wassergehalt, der Aschegehalt, der Heizwert, die Größenverteilung der Hackschnitzel nach Teil 1 der Norm an­ Schüttdichte sowie Partikelgröße und Partikelform. Die Er­ gepasst werden sollte. Die Klassen B1 und B2 sind eher für gebnisse wurden anhand der DIN EN ISO 17225 (Teil 1 und kleinere gewerbliche und kommunale Wärmenetze bis circa Teil 4) sowie hinsichtlich der verwendeten Rohmaterialien 1 Megawatt (MW) thermischer Leistung zu empfehlen. Für (Baumart, Sortiment) und Maschineneinstellungen (Messer- Anlagen über 1 MW sind die Spezifikationen der DIN EN ISO schärfe, Siebkorbeinsatz, etc.) bewertet. 17225-4 oft zu streng. Hier gelten daher oft eigene Qualitäts­ vereinbarungen, die auf Basis des Teils 1 der Norm beschrie­ ben werden können (vgl. DIN EN ISO 17225-1). Waldfrisches Material muss je nach Anwendung Grundsätzlich gilt: Die Verwendung der Hackschnitzel­ getrocknet werden norm DIN EN ISO 17225-4 ist freiwillig. Eine gesetzliche Ver­ pflichtung besteht nicht. Der Wassergehalt erntefrischer Waldhackschnitzeln lag im Mittel bei 49 Ma.-% (Massenprozent). Höchste Wassergehal­ Tabelle 2: Empfohlene Brennstoffqualität für unterschiedliche te wurden für Hackschnitzel aus Nadelholz gemessen. Wäh­ Anlagen rend größere Heizwerke mit Wassergehalten von 50 Ma.-% in AAnnllaaggeennttyypp EEmmppffoohhlleennee BBrreennnnssttooffffqquuaalliittäätt der Regel problemlos klar kommen, benötigen kleine Feue­ rungsanlagen häufig Wassergehalte < 25, bzw. < 35 Ma.-% Kleinfeuerungsanlage DIN EN ISO 17225-4, Klasse A1 und A2, (< 100 kW) Größenklasse P16S, P31S oder P45S (Klasse A1 und A2 nach DIN EN ISO 17225-4). Hackschnit­ zel aus frisch geerntetem Rohmaterial müssen daher je nach Festbettvergaser DIN EN ISO 17225-4, Klasse A1 und A2, oder (alle Klassen) Größenklasse nach DIN EN ISO 17225-1 Anwendungsfall getrocknet werden. Die Trocknung erfolgt in der Praxis häufig über natürliche Kleines Heizwerk DIN EN ISO 17225-4, Klasse B1 und B2, (bis ca. 1 MW) Größenklasse P31S und P45S Trocknungsverfahren, z. B. bei der Lagerung der Hackschnit­ zel in großen Schüttungen. Hierbei erfolgt die Trocknung durch Heiz-(Kraft-) Werk Individuell nach DIN EN ISO 17225-1 die Erwärmung der Umgebungsluft im Haufwerk aufgrund mi­ (ab 1 MW) krobieller Abbauprozesse, was mitunter sehr hohe Trockenmas­ severluste von 20 bis 40 % über die gesamte Lagerdauer zur Folge hat (Pecenka 2013). Daneben werden Hackschnitzel mit­ tels technischer Belüftungsverfahren, z. B. unter Zuhilfenah­ me kostengünstiger Abwärme an Biogasanlagen, getrocknet. Dies bedeutet jedoch für den Hersteller immer einen zusätzli- 9 LWF aktuell 103/2014 POWERCHIPS AUS DEM WALD AAbbbbiilldduunngg 22:: MMiittttlleerreerr HHeeiizzwweerrtt ((PPuunnkkttee)) uunndd mmiittttlleerreerr AAsscchheeggeehhaalltt ((SSääuulleenn)) vvoonn HHaacckksscchhnniittzzeellnn aauuss WWaalldd­ rreesstthhoollzz uunndd EEnneerrggiieerruunndd­ hhoollzz.. RRoottee LLiinniieenn ggeebbeenn GGrreennzzwweerrttee ffüürr ddeenn AAsscchheeggeehhaalltt ddeerr QQuuaalliittäättss­­ kkllaasssseenn AA11 bbiiss BB22 nnaacchh DDIINN EENN IISSOO 1177222255--44 wwiieeddeerr.. SSääuulleenn oohhnnee FFeehhlleerrbbaallkkeenn sstteelllleenn EEiinnzzeell­ mmeessssuunnggeenn ddaarr ((nn == 11)),, aannssoonnsstteenn ggiilltt nn ≥≥ 33.. chen Einsatz an Energie und Arbeitskraft. Eine dritte Möglich­ de, Nadeln und Blätter im Brennstoff führen bei der Verbren­ keit stellt die Trocknung im ungehackten Zustand dar. Hierbei nung zu hohen Aschegehalten, da in diesen Pflanzenpartien wird das Hackholz im Frühjahr geerntet und bis zur kommen­ der Anteil an Spurenelementen für den Pflanzenmetabolismus den Heizperiode, d.h. über den Zeitraum eines Sommers, am starkerhöhtist.Diem eistendieserElementegehenb eiderV er­ Feldrand gelagert. Der Wassergehalt kann so auf Werte von cir­ brennung nicht über den Schornstein verloren, sondern verblei­ ca 31 Ma.-% reduziert werden. Trockenmasseverluste wurden ben in der Asche. Hohe Gehalte bestimmter Elemente, z. B. dabei nicht bilanziert, sollten jedoch aufgrund der geringeren Chlor oder Kalium, führen dabei mitunter zu erheblichen Pro­ Oberfläche im Vergleich zu den feinen Partikeln im Haufwerk blemen für die Feuerungen, z.B. aufgrund von Korrosion der stark minimiert sein. Die Trocknung während der Lagerung im Anlagen, erhöhte Schlackebildung im Feuerungsraum oder ho­ ungehackten Zustand kann somit zur Erhöhung der Brenn­ he Feinstaubemissionen. Qualitätshackschnitzel für Kleinfeue­ stoffqualität empfohlen werden. Sie schließt sich jedoch unter rungsanlagen sollten daher niedrige Aschegehalte von 1 bis 1,5 bestimmten Voraussetzungen aus, z. B. aufgrund möglicher Ma.-% aufweisen (Klasse A1 und A2 nach DIN EN ISO 17225­ Brutstätten für den Borkenkäfer in Kronenmaterial von Fich­ 4). Folglich kann nur Energierundholz für die Produktion der te-Waldrestholz. Ein direkter, experimenteller Vergleich von Klasse A1 und A2 empfohlen werden, wohingegen die meisten der Lagerung im gehackten und ungehackten Zustand erfolgt der übrigen Sortimente zumindest für die Produktion von seit 2014 im LWF/TFZ-Forschungsvorhaben »Qualitätserhal­ Hackschnitzeln der Klasse B (< 3 Ma.-%) einsetzbar sind. Hier tende Hackschnitzellagerung«. sind eventuell weitere Aufbereitungsschritte, z. B. die Siebung der Hackschnitzel, vonnöten. Sollte der Aschegehalt jedoch deutlich über 3 Ma.-% liegen, kommen hauptsächlich größere Rohmaterial bestimmt Heizwert und Aschegehalt Heiz(kraft-)werke ab 1 MW thermischer Leistung in Frage. Der Heizwert der untersuchten Proben lag zwischen 16,0 und 19,8 MJ/kg (Mega-Joule/kg) (Abbildung 2). Maximale Heiz­ Eintrag von Mineralboden ist zu vermeiden werte wurden für Waldrestholz aus Nadelbäumen gemessen. Dies lässt sich auf hohe Anteile an Harz und Lignin in der Na­ Einzelproben aus Waldrestholz wiesen deutlich höhere Asche­ delholz-Biomasse zurückführen. Sehr niedrige Heizwerte wa­ gehalte als die übrigen Proben auf (> 10 Ma.-%). Solch hohe ren vornehmlich durch hohe Anteile an nichtbrennbarem Ma­ Gehalte an Asche sind nicht mehr als rohstoffbedingt anzuse­ terial im Brennstoff bedingt. hen, sondern deuten auf eine Verschmutzung der Proben mit Der Aschegehalt der Proben hing hauptsächlich vom Holz­ Mineralboden hin. Die Hypothese wird gestützt durch sehr sortiment ab. Waldrestholz wies z.B. Aschegehalte von 0,8 bis hohe Siliziumgehalte in den entsprechenden Proben. Der Ein­ 5,4 Ma.-% auf. Energierundholz zeigte deutlich niedrigere Wer­ trag von Mineralboden kann sowohl in der Vorkette im Wald, te von0,4b is1,7M a.-%(Abbildung2).H ohe AnteileanRin- d. h. beim Fällen und Rücken der Bäume, aber auch durch un- 10 LWF aktuell 103/2014