Solare Trocknung von Scheitholz

Ein hoher Wassergehalt im Brennholz senkt nicht nur dessen Heizwert, sondern – vor allem bei den häufig eingesetzten Kleinfeuerungsanlagen – auch den feuerungstechnischen Wirkungsgrad, erhöht die Emissionen aus unvollständiger Verbrennung und verschlechtert das Teillastverhalten. Im Falle eines häufig zu beobachtenden Pilzbefalls steigen zudem die gesundheitlichen Risiken infolge Sporenaustrags.

Aus ökonomischen, ökologischen und gesundheitlichen Gründen wird man deshalb längerfristig zumindest bei Handelsware nicht darum herum kommen, das Brennholz auf eine definierte und ausreichend geringe Endfeuchte vorzutrocknen. Bemühungen hinsichtlich einer europaweit gültigen Normung sind daher im Gange und im Falle von Holzhackschnitzeln bereits relativ weit fortgeschritten. Auch die immer strengeren Emissionsgrenzwerte für Biomasseheizungsanlagen sind langfristig nur mit definierten Brennstoffen hoher Qualität einzuhalten.

Um die bestehenden verfahrenstechnischen Möglichkeiten sowie die Kosten der Scheitholztrocknung aufzuzeigen, sollen daher nachfolgend die Freilufttrocknung sowie alternativ einsetzbare, thermische Trocknungsverfahren kurz dargestellt und bewertet werden.

Die unterschiedlichen Aufarbeitungsformen beziehungsweise -ketten für Scheitholz haben dazu geführt, dass sich unterschiedliche Masseinheiten etabliert haben. Da dies immer wieder zu Ungenauigkeiten und Verwirrungen führt, sind in Tabelle 1die wichtigsten Masseinheiten sowie die hier verwendeten Umrechnungskennwerte zusammengefasst.

Scheitholz kommt überwiegend in Kaminöfen und Kleinfeuerungsanlagen mit 5 bis 50 kW Wärmeleistung zum Einsatz. Deshalb sollte es vor der Verbrennung in jedem Fall auf Wassergehalte von unter 25% (bezogen auf die Trockenmasse, entsprechend 20% bezogen auf die Frischmasse) getrocknet werden. Dies erfolgt bislang meist durch so genannte freie Konvektion im Freien, in Form von gespaltenem Meterholz oder abgedeckten Stapeln oder Haufen aus fertigen Scheiten.

Kommerzielle Holzhändler trocknen das gespaltene Scheitholz aufgrund der besseren Mechanisierbarkeit häufig auch in einfachen Gitterboxen auf Trockenplätzen (Abb. 1). Die Boxen werden dabei oft im Eigenbau aus Europaletten und gekanteten Baustahlmatten gefertigt und nach der Befüllung mit Hauben aus PVC-Plane abgedeckt.

Obwohl die Freilandtrocknung nach wie vor das dominierende Trocknungsverfahren darstellt, werden aufgrund der Kosten sowie der geschilderten Problematik bei der Mengendisponierung in jüngerer Zeit vermehrt auch thermische Trocknungsverfahren eingesetzt. Vorteilhaft dabei ist die erheblich kürzere Trocknungsdauer, der geringere Flächenbedarf sowie die viel kleinere Menge an Holz, die vorgehalten und zwischenfinanziert werden muss. Nachteilig ist der im Vergleich zur Freilandtrocknung natürlich hohe Bedarf an thermischer und elektrischer Energie. Entsprechend ist der Einsatz energieeffizienter Technologien sinnvoll, die soweit als möglich mit regenerativen Energien oder – falls vorhanden – auch Abwärme auf geringem Temperaturniveau versorgt werden können.

Generell ist die Bewegung von Scheitholz nur schwer beziehungsweise unter hohem Aufwand mechanisierbar, und die Trocknungsdauer ist im Vergleich zu anderen Produkten hoch. Dies schränkt die sinnvoll einsetzbaren Trocknungsverfahren erheblich ein. Häufig werden konventionelle Trocknungskammern für Schnittholz eingesetzt, Trommel- oder Satztrockner sind eher "Exoten". Dabei wird das gescheitete Holz in Boxen in die meist 3 bis 5 m hohen und 6 bis 10 m tiefen Trocknungskammern eingebracht und in Längsrichtung durchströmt. Die Anlagen sind für diesen Zweck generell gut geeignet, allerdings sind die Investitionskosten sowie der thermische und elektrische Energiebedarf für die Energieholztrocknung verhältnismässig hoch.

Um einen möglichst hohen Energieanteil aus regenerativen Quellen zu decken und die für die Trocknungsanlage erforderlichen Investitionskosten zu senken, wurde dieses Verfahrensprinzip daher am Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim gemeinsam mit Partnern aus der Industrie für die Scheitholztrocknung weiterentwickelt. Tabelle 3 zeigt einige typische Rahmendaten dieser Technologie wie Kammervolumen, Nutzvolumen und spezifische Investitionskosten im Vergleich.

Die entwickelten solarunterstützten Trocknungsanlagen haben sich zwischenzeitlich bei der grosstechnischen Trocknung von Schnitt- und Scheitholz bewährt und werden als Serienprodukt angeboten. Das Anlagenkonzept basiert im Wesentlichen auf einer Aluminium-Binderkonstruktion, die mit einer im Vergleich zu Glas gut wärmedämmenden und hoch UV-stabilisierten, 3-lagigen PE-Luftpolsterfolie eingedeckt ist. Der Solarkollektor aus speziell beschichteten Aluminium-Trapezblechen ist im Dach integriert und dient gleichzeitig zur Lufterwärmung und Luftführung. Abbildung 2 zeigt eine Ansicht einer derartigen Anlage.

Abbildung 3 zeigt einen Querschnitt. Dank der nachts und bei schlechtem Wetter zusätzlich eingesetzten Holzfeuerungsanlage kann weitgehend witterungs- und jahreszeitunabhängig getrocknet werden. Auch Abwärme, wie sie beispielsweise bei der Verstromung von Biogas oder Pflanzenöl in Blockheizkraftwerken anfällt, kann problemlos eingesetzt werden, da es sich um eine Niedertemperaturtrocknungsanlage handelt.