Biomasseverbrennung

Wie ein Tiroler mit Wasserstoffgas sein Heizwerk effektiver machte

Als erstes seiner Branche injiziert das Söller Biomasseheizwerk Wasserstoffgas in seinen Verbrennungsofen. Die Tiroler schaffen damit das Unmögliche und verringern nicht nur Emissionen, sondern reduzieren gleichzeitig ihren Wareneinsatz.

„Es ist mein Lebenswerk.“ Heizwerkbetreiber Johann Pirchmoser beim Inspizieren des Ausgleichsbehälters des patentierten H2- Injektionssystems. Als erstes Biomasseheizwerk injizieren die Tiroler Wasserstoffgas in die Verbrennung und sparen sich somit 15 % Energieholz pro Jahr.

Für den Fördergeber war es ein Projekt ad absurdum, für den Betreiber eines kleinen Biomasseheizwerks im Tiroler Unterland wurde es zum Lebenswerk. Trotz massiver Hürden glaubten Johann Pirchmoser und seine Mitstreiter an ihre Vision. „Der Wareneinsatz bei einem Heizwerk ist enorm“, so der Betreiber. „Diesen zu reduzieren war unser Ziel.“ Dass ausgerechnet ein hochexplosives Gas die – im wahrsten Sinne des Wortes – zündende Technologie liefern würde, hätte 2013 niemand für möglich gehalten. Drei Jahre lang testeten die Söller die Injektion von Wasserstoff am laufenden Betrieb. Verzeichneten Erfolge wie Rückschläge, erlebten Unterstützer wie Blockierer. „Eine zache Zeit“, resümiert Pirchmoser heute. Doch das Ergebnis ist eine technische Revolution, die nicht nur kränkelnde Heizwerke wieder lebensfähig macht. Es ist eine Zäsur in der Verbrennung von Biomasse.

Grüner Fußabdruck mit Kosten

Mit einem über zehn Kilometer langen Fernwärme-Leitungsnetz bedienen die Tiroler mittlerweile über 150 Objekte, darunter auch Großabnehmer. Einen guten Wirkungsgrad verzeichneten sie schon immer und erhielten deswegen 2015 den klima:aktiv Award des Bundes. Jedes Jahr produziert das kleine Heizwerk rund 12 Mio. Kilowattstunden (kWh) Energie und spart seinen Kunden damit rund 1,3 Millionen Liter Heizöl. Umgerechnet entspricht das rund 3.400 Tonnen Kohlendioxid weniger im Jahr. Ein grüner Fußabdruck, hinter dem aber eine knallharte Kostenkalkulation steckt. Denn viele Heizwerkbetreiber sehen sich mit einer drastischen Preisentwicklung des sogenannten Hackguts, auch Energieholz genannt, konfrontiert. Kostete der Festmeter 2001 netto 17 Euro, liegt er heute im Schnitt bei 50 Euro. Tendenz steigend. „Eine Entwicklung, der schon einige Heizwerke zum Opfer fielen“, weiß auch Pirchmoser. Grund genug, nach Möglichkeiten zu suchen, die den Wareneinsatz verringern.

Söll, Heizwerk © Factory / Simon Hausberger

Drei Techniker, eine Mission: Drei Jahre testeten Wilhelm Janssen (li.) Johann Pirchmoser (Mitte) und Manfred Riegler (re.) die Injektion von Wasserstoffgas in die offene Verbrennung von Biomasse. Das Ergebnis: Eine technologische Zäsur.

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Ein Projekt im laufenden Betrieb

Eine Möglichkeit sollte er 2013 auf der Welser Energiesparmesse auch finden. Das burgenländische Unternehmen H2-Tec warb dort mit der Anlagenimplementierung einer hydrogenen Energietechnik. Das Einzigartige an dem System, der äußerst geringe Stromverbrauch zur Produktion von Wasserstoff vor Ort. Fast einem Paradoxon gleichend, schaffen sie es mit nur 5 kW Strom, eine Brennstoffersparnis von ca. 5.000 kWh am Tag zu erreichen. Ursprünglich als Optimierung für Öl- und Gasheizungen entwickelt, wollten sie ihr Leistungsspektrum erweitern. Für die Entwickler, der sogenannten H2-Technik, Wilhelm Janssen und Manfred Riegler, stand fest: „Was bei Gas und Öl funktioniert, muss auch für Biomasse gehen.“ Was fehlte, war ein Partner. Ein Biomasseheizwerk, das bereit war, im laufenden Betrieb die Injektion von hochexplosivem Wasserstoff bei offener Verbrennung zu testen. Erfahrungswerte gab es nämlich bis dato keine. „Für so ein Projekt braucht es Mut und den haben wir bei Johann Pirchmoser erkannt“, erinnert sich Riegler noch gut an das erste Zusammentreffen auf der Messe.

Explosive Inbetriebnahme

Als quasi Forschungsprojekt auf eigene Faust startete im November 2014 die Entwicklung des ersten Prototypen. Während einer Revision des Heizwerkes wurden dazu zuerst die Gaseinsprühlanzen in den kalten Ofen eingebaut. Der Unterschied zu bisherigen Anwendungen war enorm. Während bei Öl- und Gasheizungen ein Ventilator den Wasserstoff in die Maschine bläst, dieser sich dort verbindet und verbrennt, „hatten wir es in Söll mit einer offenen Flamme zu tun“, so Riegler. Die Krux dabei war das Effizienzmittel an sich. Wasserstoff ist ein explosives Gas, das sich mit 305 cm pro Sekunde ausbreitet. „Zum Vergleich: Erdgas hat eine Geschwindigkeit von 40 cm pro Sekunde“, verdeutlicht Janssen den Unterschied. Die Folge: Als der Ofen anging, sorgte die Mischung aus Gas und Flammen für einen Rückbrand in den Rohren. Daraufhin kam es zur Explosion des Wasserstoff-Sammeltanks. Eine Sollbruchstelle, über die vor allem Pirchmoser heute froh ist, blieben doch dadurch seine Generatoren heil.

Johann, Pirchmoser, Söll, Heizwerk © Factory / Simon Hausberger

Heizwerk-Betreiber Johann Pirchmoser inspiziert den Ausgleichsbehälter der Wasserfalle. 

Wasser als Rückbrandkiller

Erstes Fazit der Techniker: „Die Einsprühlanzen waren zu lang.“ Nur wenn sich der Wasserstoff an der richtigen Stelle mit dem Holzgas verbindet, wird der richtige energietechnische Nutzen erzielt. Um den Rückbrand zu vermeiden, wurden also die Lanzen zurückgesetzt. Das Problem: Trotz verkürzter Lanzen – das Gas zündete weiterhin. Erst mit einer Art Wasserfalle, wo das Gas durch Wasser gelotst wird – Teil des heute patentierten H2-Injectionsystems – , gelang es Janssen und Riegler den Rückbrand endgültig zu stoppen. Der Jubel war groß und doch noch nicht von Dauer. Feixend nennt es Pirchmoser heute die „Nacht der Wasserfalle“. An jenem Freitagabend, als Janssen und Riegler den Rückbrand stoppten und in das wohlverdiente Wochenende gingen, folgte beinahe postwendend der nächste Alarm. Im Dreistundentakt schaltete sich das H2-Injektionsystem ab. Der ironische Grund: Die Wasserfalle. Jedes Mal, wenn das Gas im Ofen zündete, der Rückbrand auf das Wasser traf, sorgte dies für ein Minimum in den Wasserstofftanks und stoppte damit die Anlage. Erst in den frühen Morgenstunden kam dem Betreiber die rettende Idee: „Ein Ausgleichsbehälter.“ Kurzum integrierte Pirchmoser einen Ausgleichstank, versetzte die Sensoren und hauchte somit der ersten voll funktionsfähigen H2-Injection-Anlage Indu 4000 Leben ein.

Anlagen-Traumwerte

Mittlerweile ist die Anlage TÜV-geprüft und patentiert. Ergebnisse, wie sie nun im Heizwerk Söll anzutreffen sind, sind eine Ausnahmeerscheinung in der Biomasseverbrennung: Seitdem die H2-Injection-Anlage ohne Zicken l.uft, „brauchen wir 15 Prozent weniger Energieholz“, schildert Pirchmoser. Ein Traumwert, der durch eine simple Vergrößerung der Anlage nahezu verdoppelt werden kann. Aber auch die Emissionen wie Staub, Kohlenmonoxid und –dioxid fielen weit unter die gesetzlichen Grenzwerte. Mit dieser Technologie kann nicht nur Brennstoff gespart, sondern auch auf die kostspielige Installation eines Elektrofilters verzichtet werden. Dass dem Söller Heizwerk mit der H2-Injection-Anlage ein Durchbruch bei der Verbrennung von Biomasse gelang, steht au.er Frage. Dass die Tiroler damit den richtigen Zeitpunkt fürs energietechnische Hochrüsten treffen, wohl auch.