Energie aus Stroh wird interessanter

Stroh stellt ein beachtliches Potenzial für die energetische Nutzung dar. Wenn diese Art der Nutzung derzeit noch gering ist, so zielen viele Verfahren der Kraftstofferzeugung auf genau diese Ressource. Die Konkurrenz zum Wärmemarkt wird letztendlich das langfristige Preisniveau bestimmen. Bei einem kontinuierlichen Absatz ist die Menge aber auch deutlich durch den Anbau von Miscanthus zu steigern.

Stroh wird auf Ackerflächen produziert. Es ist ein Nebenprodukt, das bei der Getreide- und Grasproduktion im Sommer bei der Ernte anfällt und in der Regel natürlich auf dem Feld getrocknet werden kann. Lagerbar ist Stroh, wenn es weniger als 18% Feuchtigkeit hat. Als Produkt mit strohähnlichen Eigenschaften kann Miscanthus, auch Chinaschilf genannt, angebaut werden. Der Erntezeitpunkt liegt hier im Gegensatz zu Stroh im März bis Anfang April. Miscanthus hat bisher nur eine sehr untergeordnete Bedeutung. Wenn eine langfristige Nachfrage nach Stroh entsteht, so kann der Anbauumfang von Miscanthus, einer genügsamen und sehr ertragsstarken C4-Pflanze, schnell an Bedeutung gewinnen.

Die gesamte Fläche NRWs beträgt 3,4 Mio. ha. Davon werden rund 1,7 Mio. ha durch Landwirtschaft und Gartenbau sowie 876.000 ha durch den Forst genutzt. Auf 1,07 Mio. ha wird in NRW Ackerbau betrieben. Auf dieser Fläche wurden 2007 556.083 ha Getreide und 75.662 ha Raps angebaut. Das Potenzial von Stroh ist aber nicht identisch mit den insgesamt aufgewachsenen Strohmengen. Der pressbare Strohanteil ohne Stoppel, Kaff und sonstige Verluste liegt in einer Größenordnung von 4 bis 5 t/ha. Im Land NRW fallen also knapp 2,9 Mio. t Stroh als Beiprodukt zur Getreide- und Rapsproduktion an. Je nach Fruchtfolge und Viehbesatz eines Betriebs wird ein Teil des Strohs zur Einarbeitung in den Boden benötigt, um eine ausgeglichene Humusbilanz zu erhalten.

Nutzungskonkurrenzen von Stroh
Es gibt eine klassische Nutzung von Stroh: Die Landwirte brauchen es selbst als Einstreu für die Tiere. Weiterhin sind die Niederlande ein großer Strohabnehmer. Die Nachfrage zieht sich in einem Korridor die Grenze entlang. Es werden zwei Qualitäten gehandelt: Zum einen Stroh aus der Lagerung im Feld unter Folien; hier können einzelne Großballen durchfeuchtet sein. Zum anderen wird qualitativ hochwertiges Stroh unter Dach gelagert. Dieses geht beispielsweise in viele Reitställe. Gerade im Ballungsraum Ruhrgebiet gibt es einen erheblichen Strohabsatz im Bereich der Reitpferde. Hier könnten in Zukunft Strohpellets eine Alternative zum klassischen Strohballen sein, da Pellets saugfähiger sind, sich logistisch besser handhaben lassen und die Entsorgung des Mists einfacher ist. Der Strohverbrauch verringert sich durch die bessere Saugfähigkeit ebenfalls. Gebiete mit höheren Strohreserven sind die Soester Börde und Ostwestfalen-Lippe.

Für Strohpellets entwickeln sich derzeit auch neue Märkte in der Landwirtschaft. So können die Pellets alternativ zum Einstreu in Pferde- und Kuhställen verwendet werden. Sie werden ebenso als Strukturfutter in Schweine haltenden Betrieben eingesetzt. Nicht zuletzt werden auch Strohpellets auch zur Wärmeerzeugung genutzt. Ein weiterer kleiner Markt ist Heu aus Naturschutzflächen, das so stark verholzt ist, dass eine landwirtschaftliche Nutzung nicht möglich ist.

Der Anfall von Stroh muss unter Betrachtung der Nutzungskonkurrenzen und der regionalen Gegebenheiten relativiert werden. Auf Bundesebene liegen Schätzungen des Strohpotenzials für eine energetische Nutzung vor, die vor dem Hintergrund der Versorgung von BtL-Großanlagen erstellt wurden. Danach liegt das Potenzial von Stroh bei rund 2,3% des Primärenergieverbrauchs der Bundesrepublik Deutschland. Die Strohnutzung wird sowohl für die BtL-Verfahren, hier speziell das Bioliq-Verfahren, angestrebt als auch für andere Vergasungsverfahren. Aus NRW liegen Abschätzungen aus einer BtL-Studie des Wuppertal Instituts vor. Dabei wurde ein mögliches Potenzial für die BtL-Produktion in NRW ermittelt. Das Ergebnis weist etwa 20% des Strohpotentials als tatsächlich nutzbar aus. (Vgl. Meldung vom 2006-11-27.)

Nach einer sehr langen Phase mit einem konstanten Preisniveau sind die Preise, bedingt durch eine sehr schlechte Erntesituation im Sommer 2007 und stark angestiegene Getreidepreise, auch für Stroh sprunghaft angestiegen. Von 50 €/t bei Feldlagerung und 60 €/t bei Unterdachlagerungen haben sich die Preise auf 90 bis 100 €/t erhöht. In der Praxis ist derzeit Stroh knapp und es werden durchaus auch noch höhere Preise für gute Qualitäten gezahlt.

Energetische Nutzung bietet sich an
Stroh fällt jährlich an und lässt sich hochautomatisiert in Form von eckigen Großballen bergen und gut transportieren. Großballen für Heizwerke und große Heizanlagen haben in der Regel ein Format von 1,2 x 1,2 x 2,4 m, wiegen knapp 500 kg und haben ein Heizöläquivalent von rund 200 l/Ballen. Für den Transport gibt es spezielle LKWs, die eine volle Ausladung ermöglichen. In der Kette sind aber jeweils beim Verladen und Abladen Radlader erforderlich, die auch das Einstapeln erledigen. Hierbei sind Teleskoplader wegen der höheren Stapelhöhen im Vorteil.

Bei der Verbrennung von Stroh treten größere Probleme auf als beim Holz. Stroh kann im Leistungsbereich der Heizungen von 15 bis 100 kW als Regelbrennstoff eingesetzt werden. Dies ist in der 1. BImSchV im §3 Punkt 8 als “Stroh oder ähnliche pflanzliche Stoffe” definiert. Ähnliche pflanzliche Stoffe werden beschrieben als Energiepflanzen, wie zum Beispiel Schilf, Elefantengras, Heu und Maisspindel. Hier sind die Grenzwerte für die wichtigsten Verbrennungsparameter festgelegt. Der Staubgehalt als einer der am schwierigsten einzuhaltenden Parameter muss bei Stroh unter 150 mg/Normkubikmeter (Nm³) liegen. Anlagen über 100 kW Feuerungsleistung müssen nach der 4. BImSchV in Verbindung mit der TA Luft genehmigt werden. Hier liegt der zugelassene Staubgehalt unter 50 mg/Nm³. Dies ist bei Stroh nur mit nachgeschalteter Filtertechnik möglich.

Technische Herausforderungen
Worin liegt nun die technische Herausforderung bei der Verbrennung? Zuerst ist zu erwähnen, dass der Ascheerweichungspunkt mit rund 800 °C deutlich unter dem von Holz mit 1.200 °C liegt, auf den die klassische Kesseltechnik abgestimmt ist. Es müssen also konstruktive Maßnahmen ergriffen werden. Zu erwähnen sind hier Bewegung im Brennraum, wassergekühlte Roste oder auch – bei größeren Kesseln – eine Abgasrezirkulation. Andererseits kann man auch Kalk und andere Zuschlagstoffe zusetzen, die den Ascheschmelzpunkt erhöhen. Dies ist meist beim Einsatz von Strohpellets in kleinen Anlagen der Fall.

Bei den Kleinanlagen wurde in den letzten Jahren eine Reihe von Kesseln neu entwickelt und an die speziellen Anforderungen der Verbrennung halmgutartiger Biomasse angepasst. In einer Reihe von Projekten der FNR wurde in Forschungseinrichtungen und in Feldversuchen die Praxistauglichkeit und Einhaltung der BImSchV-Vorgaben nachgewiesen. Weiterhin befinden sich Abgasreinigungsanlagen für Kleinanlagen in Entwicklung, so dass hier bei vielen Anlagen in absehbarer Zeit die Praxistauglichkeit erreicht wird und so die gesetzlichen Vorgaben an die Immissionen der Anlagen eingehalten werden können.

Im Bereich der 100 bis 400 kW-Anlagen klafft eine Lücke. Einerseits muss in den größeren Anlagen aus Kostengründen mit einem Strohauflöser gearbeitet werden, der die Anlagenkosten deutlich erhöht und es muss zusätzlich auch eine Filtertechnik nachgeschaltet werden, um die Anforderungen der 4. BImSchV in Verbindung mit der TA Luft zu erfüllen. Dies ist gegenüber Holz diskriminierend und der technische Aufwand macht kleinere Anlagen unrentabel. Lösungen werden hier ab etwa 400 kW von Linka und von Reka angeboten. Sie sind noch nicht sehr verbreitet.

Die nächste Klasse von Anlagen beginnt bei rund 2 MW Leistung. Diese Anlagen werden zusätzlich mit Laufkatzenkränen ausgestattet, die eine automatische Zuführung der Strohballen ermöglicht. In Deutschland läuft nur eine solche Anlage in Jena. In Österreich und besonders in Dänemark sind die meisten Strohverbrennungsanlagen dieser Leistungsklasse zu finden.

Ein zukünftiges Einsatzgebiet von Stroh könnten kleinere und mittlere Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen sein. Die technische Entwicklung ist hier, auch bei Holz als Einsatzstoff, noch unzureichend. Bei Holz ist das Hauptproblem die Reinigung und Entfernung des Teers, bei Stroh dagegen die Korrosion durch Chlor.

Eine letzte Möglichkeit stellt die Mitverbrennung in großen Braunkohle- oder Kohlekraftwerken dar. Hier kann Stroh durch seine CO₂-Neutralität in Zukunft bei hohen Preisen für CO₂–Emissionen eine Alternative darstellen. Bedingt durch die schlechten Wirkungsgrade ohne Wärmenutzung in konventionellen Kraftwerken sollte man bei der energetischen Verwertung von Biomasse regionalen, dezentralen Projekten mit Wärmenutzung den Vorrang geben, da sie auch dezentral anfällt und weite Transporte durch den geringen Energiegehalt kritisch zu sehen sind.

Abbildungen: Strohpotenzial in Deutschland und in NRW, Messergebnisse Staub aus Feldversuch (PDF-Dokument).

(Vgl. Meldungen vom 2004-12-03, 2004-10-19 und 2003-10-14.)