Wassergehalt von Pellets

Was der Wassergehalt bedeutet

Der Wassergehalt ist der Anteil des Wassers an der Gesamtmasse des Brennstoffs, angegeben in Prozent. Pellets mit 10 % Wassergehalt enthalten in jeder Tonne 100 kg Wasser und 900 kg Holztrockenmasse. Bestimmt wird der Wassergehalt nach den Verfahren der Norm ISO 18134, die drei Teile hat: ein Referenzverfahren, ein vereinfachtes Verfahren und die Bestimmung der Feuchte in der Analysenprobe^[15].

Pellets sind ein ausgesprochen trockener Brennstoff, weil der Rohstoff vor dem Pressen getrocknet wird und das einzelne Pellet stark verdichtet ist. Das unterscheidet sie von Scheitholz, dessen Wassergehalt von der Dauer der Lagerung und Trocknung abhängt. Den Prozess beschreiben wir im Artikel Wie Pellets hergestellt werden.

Anlieferungszustand und wasserfrei

In Prüfberichten für Brennstoffe werden Ergebnisse auf zwei Arten angegeben:

• Anlieferungszustand (Der Brennstoff in dem Zustand, in dem er geliefert wurde – einschließlich des enthaltenen Wassers (engl. as received).)Der Brennstoff in dem Zustand, in dem er geliefert wurde – einschließlich des enthaltenen Wassers (engl. as received). – Ergebnis für den Brennstoff „wie gekauft“, einschließlich Wasser. In diesem Zustand werden Wassergehalt, Heizwert, mechanische Festigkeit und Schüttdichte angegeben^[1];
• wasserfrei (Der Brennstoff ohne Wasser. Die polnische Verordnung definiert diesen Zustand als Trocknung über mehr als 2 Stunden bei 105–110 °C (engl. dry basis).)Der Brennstoff ohne Wasser. Die polnische Verordnung definiert diesen Zustand als Trocknung über mehr als 2 Stunden bei 105–110 °C (engl. dry basis). – Ergebnis umgerechnet auf Brennstoff ohne Wasser. In diesem Zustand werden Asche, Stickstoff, Schwefel und Chlor angegeben^[1],[36].

Einen wasserfrei angegebenen Wert aus dem Prüfbericht rechnet man auf den Anlieferungszustand um, indem man ihn mit (100 − M)/100 multipliziert, wobei M der Wassergehalt in Prozent ist. Beim Heizwert kommt noch eine Korrektur für die Verdampfungsenergie des Wassers hinzu – die vollständige Formel zeigen wir auf der Seite zum Heizwert^[44].

Einfluss auf Verbrennung und Wirkungsgrad

Wasser im Brennstoff wirkt sich gleich auf mehreren Wegen nachteilig aus:

• Weniger Energie pro Kilogramm. Je mehr Wasser, desto weniger Holz steckt in derselben Brennstoffmasse.
• Energie zum Verdampfen. Bevor das Holz zu brennen beginnt, muss das Wasser erwärmt werden und verdampfen. Die dafür nötige Wärme stammt aus dem Brennstoff, und der Dampf entweicht über den Schornstein.
• Niedrigere Temperatur im Brennraum. Das Verdampfen kühlt die Verbrennungszone. Die Verbrennung wird unvollständiger, was die Bildung von Kohlenmonoxid, Ruß und Staub begünstigt.
• Unpassende Einstellungen. Der Kessel fördert den Brennstoff in Portionen mit festgelegtem Volumen. Feuchtere Pellets bringen mit jeder Portion weniger Energie, sodass die auf trockenen Brennstoff abgestimmten Einstellungen nicht mehr passen.

Hinzu kommt: Mehr Wasserdampf im Abgas bedeutet ein größeres Volumen heißer Gase, die den Kessel verlassen – und mit ihnen geht Wärme verloren. Der Kesselwirkungsgrad, der sich in den Unterlagen auf einen Brennstoff mit bestimmten Eigenschaften bezieht, sinkt deshalb in der Praxis, wenn der Brennstoff feuchter ist.

Wie viel Energie das Wasser kostet

Wie groß der Effekt ist, zeigen die Zahlen. Unten haben wir den Heizwert im Anlieferungszustand für Pellets berechnet, deren Holz wasserfrei 19,0 MJ/kg aufweist, und zwar bei unterschiedlichem Wassergehalt. Verwendet haben wir die Formel aus der VTT-Studie, die mit der Norm ISO 18125 übereinstimmt^[44].

Der Unterschied zwischen Pellets mit 6 % und mit 10 % Wassergehalt beträgt in diesem Beispiel rund 0,86 MJ/kg, also knapp 5 % der Energie in jedem Kilogramm. Beide Proben erfüllen die Anforderungen – doch der Käufer bezahlt die Tonne, nicht die Energie.

Anforderungen und die 20-%-Schwelle der Anti-Smog-Beschlüsse

ENplus lässt in allen drei Klassen (A1, A2, B) einen Wassergehalt von höchstens 10,0 % im Anlieferungszustand zu, bestimmt nach ISO 18134^[1]. Denselben Wert (≤ 10,00 %) legt die polnische Verordnung für Pellets fest; für Briketts liegt der Grenzwert bei 12,00 %^[36]. Auch der Entwurf der Norm ISO 17225-2 nennt ≤ 10 % für alle Klassen^[12].

Die polnischen Anti-Smog-Beschlüsse der Woiwodschaften behandeln den Wassergehalt anders – als Verbot, zu nasse Biomasse zu verbrennen. In der Woiwodschaft Kleinpolen (außerhalb Krakaus) gilt ein Verbot, Holz und Biomasse mit mehr als 20 % Wassergehalt zu verbrennen^[41]. In der Woiwodschaft Schlesien ist das Verbrennen fester Biomasse verboten, deren Wassergehalt im Anlieferungszustand 20 % übersteigt^[43]. In Krakau gilt seit dem 1. September 2019 ein Verbot fester Brennstoffe einschließlich Biomasse; Pelletkessel sind dort daher nicht zulässig^[42].

Lagerung und Aufquellen

Pellets verlassen das Werk trocken, können aber später Feuchtigkeit aufnehmen. Sie ziehen Wasser aus feuchter Luft, und bei direktem Kontakt mit Wasser quellen sie auf, verlieren ihren Zusammenhalt und zerfallen wieder zu Sägemehl. Solches Material hat nicht nur einen geringeren Heizwert, sondern verstopft auch die Förderschnecke. Nicht ohne Grund muss auf jedem ENplus-Sack der Hinweis stehen, die Ware trocken zu lagern (im ENplus-Dokument: „Store in dry conditions“)^[2].

Feuchtigkeit erkennt man meist mit bloßem Auge: Die Pellets werden matt, reißen der Länge nach auf, und am Sackboden sammelt sich mehr Sägemehl. Das ist ein Zeichen, dass auch Feinanteil und mechanische Festigkeit betroffen sind.