Holzpellets

Der Begriff Pellet stammt aus dem englischen und bedeutet Kügelchen oder Pressling. Er besteht aus gepresstem Material, in Kugel- oder Zylinderform. Es können unterschiedlichste Produkte und Stoffe zu Pellets verarbeitet werden, wie zum Beispiel Futtermittelpellets, Styroporpellets der Dämmpellets. Zur energeti- schen Nutzung für Raumwärme kommen fast ausschließlich Pellets aus Holz, Torf, halmgutartiger Biomasse oder Abfällen zum Einsatz. In dieser Arbeit werden die Holzpellets besprochen.

Da der überwiegende Teil der Pellets in Österreich in Kleinfeuerungsanlagen zur Raumwärmeerzeugung verwendet werden, müssen die Pellets hohen Qualitätsan- forderungen entsprechen, die in der ÖNORM geregelt sind. Die Normen und Richtlinien der ÖNORM M 7135, M 7136 und M7137 decken die gesamte Brenn- stoffbereitstellung von der Pelletsproduktion über den Transport bis hin zur Lage- rung ab. Es werden hohe Standards für einen vollautomatischen und problemlo- sen Betrieb der Heizungsanlagen erfordert, die so sichergestellt werden sollen (Obernberger und Thek, 2009, 7f).

3.3.3.1 Physikalische und Chemische Eigenschaften von Pellets

Im Falle der Pellets sind die meisten Eigenschaften genormt. Die Dimensionierung der Pellets erfolgt bei der Herstellung exakt nach Angabe, indem das Rohmaterial in einem Endlosstrang durch eine gelochte Presse gedrückt wird und nach einer Maximallänge mit Messern abgeschnitten wird. Die Länge von Pellets ist mit 20-50 Millimetern genormt, der Durchmesser beträgt 4-10 Millimeter.

Die Schüttdichte ergibt sich aus dem Verhältnis aus der Masse der Schüttung in kg und dem Volumen der Schüttung in m³. Je höher die Schüttdichte desto höher wird deren Energiedichte und desto geringer werden Lagerungs- und Transport- kosten. Eine hohe Schüttdichte ist demnach anzustreben.

Die Rohdichte besteht aus dem Verhältnis aus Masse (in kg) und Volumen (m³) eines Pellet. Sie beeinflusst das Verbrennungsverhalten, denn Brennstoffe mit einer höheren Rohdichte weisen eine längere Ausbrennzeit auf. Die Rohdichte für

Analyse der relevanten Brennstoffe

Pellets beträgt mindestens 1,12 kg/dm³. Desto höher die Rohdichte desto höher ist auch die Schüttdichte.

Der Abrieb von Pellets gehört zu den wichtigsten physikalischen Parametern, denn durch einen hohen Feinanteil im Lagerraum des Endkunden kann es zur Brückenbildung kommen und dadurch die Brennstoffzufuhr unterbrochen werden.

Hinzu kommt, dass ein hoher Feinanteil zur Verstopfung der Förderschnecke füh- ren kann. Ein geringer Feinanteil ist nicht nur wegen der genannten Gründe von großer Wichtigkeit, sondern steigt auch durch einen hohen Feinanteil im Brenn- stoff die Staubemission während der Verbrennung. Der Abrieb muss sich auf ma- ximal 2,3% des Gewichts je Festmeter beschränken.

Der Wassergehalt der Pellets beträgt höchstens 10% des Gewichts je Festmeter.

Aus verbrennungstechnischer Sicht ist der Wassergehalt für den Heizwert, den Wirkungsgrad der Feuerung und die Verbrennungstemperatur von Bedeutung.

Alle drei Parameter sinken mit steigendem Wassergehalt des Brennstoffs.

Ein möglichst geringer Aschegehalt von Pellets ist für den Bedienungskomfort des Endverbrauchers von Relevanz. Es soll das Intervall für die Entleerung der Aschebox vergrößern. Ebenso führt ein hoher Aschegehalt zu erhöhter Gefahr der Schlackebildung im Feuerraum, sowie zu höherer Staubemissionen während der Verbrennung. Der Aschegehalt von Pellets ist mit 0,5% des Gewichts je Festmeter limitiert.

Der Brennwert sollte im Hinblick auf eine möglichst hohe Energiedichte der Pellets hoch sein. Dies hängt vom eingesetzten Rohstoff (hier Holz) und dessen chemi- sche Zusammensetzung ab, üblicherweise liegt er bei Holz bei rund 20 MJ/kg Tro- ckensubstanz. Der Heizwert der Pellets ist durch mindesten 18 MJ/kg je Festmeter bezogen auf die Trockensubstanz genormt. Das Produkt aus Heizwert und Schüttdichte ergibt die Energiedichte, diese sollte aus wirtschaftlichen Gründen (Lagerung- und Transportkosten) hoch sein. Durch den Brennwert, Heizwert und die Energiedichte der Pellets wird die Dimensionierung der Heizanlage und des Brennstofflagers sowie deren Regelung beeinflusst.

Analyse der relevanten Brennstoffe

Aufgrund der hohen Qualität des Brennstoffs Pellets die durch die ÖNORM M 7135 bis M 7137 gewährleistet ist, kann man von einer hohen Homogenität aus- gehen. Die durchwegs gleichen Parameter der Pellets ermöglichen eine genaue Auslegung der Anlage und deren Regelung (Obernberger und Thek, 2009, 20, 29- 34).

3.3.3.2 Rohstoffe und deren Herkunft für die Pelletsproduktion

Es eignet sich grundsätzlich jede holzartige Biomasse als Rohstoff für die Herstel- lung der Pellets. In Österreich dienen derzeit vorwiegend Hobelspäne und Säge- späne aus der holzbe- und verarbeitenden Industrie, wobei 70% Sägespäne und 30% Hobelspäne zum Einsatz kommen, als Rohstoffe für die Pelletierung. Der Begriff Späne fasst Hobel- und Sägespäne zusammen, die bei der spanenden Holzverarbeitung entstehen. Holzstäube entstehen bei der mechanischen Oberflä- chenbehandlung durch das Schleifen von Massivholz. Hobelspäne eignet am bes- ten als Rohstoff für die Herstellung von Pellets, da sie ohne vorangegangene Trocknung und Zerkleinerung der Pelletspresse zugeführt werden kann (Oberber- ger und Thek, 2009, 169).

Die in österreichischen Wäldern weitverbreitete Fichte hat als Hauptrohstoff einen Anteil von rund 95% an der Pelletsproduktion (Obernberger und Thek, 2009, 108).

Bei Fichtenholz handelt es sich um ein Weichholz, das geeigneter für die Herstel- lung von Pellets ist. Denn Harthölzer wie Buche und Eiche weisen geringere Lig- ningehalte als Weichhölzer auf und somit werden weniger abriebfeste Pellets pro- duziert. Außerdem erschwert die höhere Dichte des Hartholzes die Bearbeitung, was sich in höheren Energieaufwänden niederschlägt (Obernberger und Thek, 2009, 39).

Gemäß Obernberger und Thek (2009, 41) werden bereits ein Großteil der in Ös- terreich verfügbaren Mengen an Spänen und Holzstaub für die Herstellung von Pellets verwendet. Das starke Wachstum des Pelletsmarktes der letzten Jahre lässt diesen „klassischen“ Pelletsrohstoff knapp werden. Es werden somit neue Rohstoffe für die Holzpelletsproduktion in Betracht gezogen. Die Alternativen sind Waldhackgut (direkt aus dem Wald stammende und zur energetischen Verwertung

Analyse der relevanten Brennstoffe

bestimmte Holz in gehackter Form) aus der Durchforstung sowie Industriehackgut (maschinell zerkleinerte Neben- und Abfallprodukte aus der holzbe- und verarbei- tenden Industrie) und in einigen Fällen auch Rundholz. Diese Rohstoffe sind dadurch gekennzeichnet, dass sie im Gegensatz zu Späne und Stäuben vor der Verarbeitung zerkleinert werden müssen, was sich wiederum in erhöhten Produk- tionskosten niederschlägt.

3.3.3.3 Pelletsproduktion und Verbrauchsmengen

In Österreich begann die Herstellung von Pellets 1996, bis zum Jahr 2000 gab es jährliche starke Zuwaschsraten von bis zu 115% mit einer Produktionskapazität von 200.000 t FS/a von insgesamt 12 Pelletsproduzenten. Nach einer Konsolidie- rungsphase stiegen die Zuwachsraten mit 2004 wieder an. 1,0 Mio. t FS Jahres- produktionskapazität an Pellets wurden aufgrund neuer Produktionsstätten 2008 erreicht. Mit dem Stand von Jänner 2009 sind 25 Pelletsproduzenten an 33 Standorten aktiv. In etwa die Hälfte der Produktionsstandorte weisen eine Produk- tionskapazität von 10.000 bis 50.000 t FS/a auf (Obernberger und Thek, 2009, 268f). 2015 gibt es bereits 37 Standorte an denen produziert werden, dabei wer- den die meisten Pellets in den waldreichsten Bundesländern Österreichs Steier- mark, Tirol und Kärnten hergestellt (ProPellets, 2015).

Die Pelletsproduktionsmengen dagegen betrugen im Jahr 1996 2.500 t/a und stei- gerten sich bis 2008 auf rund 850.000 t FS/a. Erst ab 2003 erreichte die Pellets- produktion annähernd die Produktionskapazität und die Anlagenauslastung liegt seither bei etwa 92%, davor betrug die Anlagenauslastung bei lediglich 48%. Die Abbildung 16 zeigt das Verhältnis von Produktion und Verbrauch ab 2005 in Ös- terreich. Durch den gestiegenen Verbrauch (2003 wurden 880.000 t Pellets für den Inlandsverbrauch benötigt) hat sich die Differenz zur Produktion von Pellets reduziert.

Analyse der relevanten Brennstoffe

Abbildung 16: Produktion und Verbrauch von Pellets in Österreich (ProPellets, 2015)

Von Beginn an ist der Verbrauch an Pellets in Österreich geringer als die Produk- tion. Zu Beginn der Produktion 1996 lag der Verbrauch bei mehr als 95%, danach kam es zu einem schrittweisen Absinken dieses Anteils. Seit 2002 schwankt der Inlandsverbrauch zwischen 44% und 75% (Obernberger und Thek, 2009, 269f).

Fast die Hälfte der in Österreich benötigten Pellets zur Erzeugung von Raumwär- me werden in Nieder- und Oberösterreich verbraucht (ProPellets, 2015).

Die Überproduktion wurde und wird vorwiegend exportiert, dabei gelten vor allem Italien, Deutschland und die Schweiz wegen ihres wachsenden Pelletsmarktes als Exportziele. Ein weiterer Teil der Überproduktion geht in Puffer- und Sicherungs- lager, wie sie seit 2000 erstmals errichtet wurden. Es liegen keine sicheren Daten zur Importmenge vor, es ist aber anzunehmen, dass der Import vor allem aus Ost- europa seit der Nutzung von Pellets in Österreich ebenfalls stetig zugenommen haben muss (Obernberger und Thek, 2009, 269f). Gemäß ProPellets Austria stammen die meisten nach Österreich importierten Holzpellets von Standorten österreichischer Holzindustriebetriebe in Deutschland, Tschechien und Rumänien.

Die Menge der Importe und Exporte, sowie die beteiligten Länder sind in der Ab- bildung 17 skizziert. Die Produktionsstandorte der Pelletsproduktion mit grauen Kreisen markiert.

Analyse der relevanten Brennstoffe

Abbildung 17: Importe und Exporte von Pellets in Europa (ProPellets, 2015)

3.3.3.4 Verfügbarkeit und Potential der Rohstoffe für Pellets

Hobelspäne, die am geeignetsten ist für die Produktion von Pellets, steht mit einer Menge von etwa 100.000 t FS/a der Pelletsproduktion zur Verfügung. Daraus können ca. 100.000 t Pellets produziert werden. Der Rohstoff Hobelspäne weist den selben Wassergehalt wie das Produkt Pellets auf, somit ergibt sich die gleiche Menge an Brennstoff. Das Hobelspänepotential kann nur schwer geschätzt wer- den, weil der Anfall in der holzverarbeitenden Industrie in keiner Weise statistisch erfasst wird und viele Produzenten die Späne betriebsintern verwerten (besonders thermisch). Späne fallen zudem dezentral an und sind daher schwierig in größeren Mengen für die Pelletierung zu bekommen. Dieser Rohstoff wird bereits vollstän- dig in seinem Anfall genutzt, Potential nach oben besteht nicht. Eine Ausweitung der Pelletsproduktion über diesen Rohstoff ist derzeit nicht möglich, es sei denn die holzverarbeitende Industrie erhöht ihre Produktionsmengen wo wiederum ver- mehrt Hobelspäne anfällt (Obernberger und Thek, 2009, 271).

Die größere Ressource stellen Sägespäne dar, die einen deutlich höheren Was- sergehalt mit 55 Gew% als Hobelspäne aufweisen. Der Rohstoff muss durch Trocknung vorbehandelt werden, was sich bei erhöhten Produktionskosten wider- spiegelt. Auch der Sägespäneanfall wird betriebsintern für thermische Zwecke ge-

Analyse der relevanten Brennstoffe

nutzt und findet darüber hinaus vorwiegend in der Plattenindustrie Verwendung.

Das Potential an Sägespäne das zur Pelletsproduktion herangezogen werden kann, liegt bei etwa 1 Million t FS/a, woraus rund 500.000 t an Pellets pro Jahr produziert werden können. Man geht aber von einem höheren Potential aus, da zum Beispiel der Jahresbedarf von 2008 mit 850.000 t FS jährlich, abzüglich der Pellets die aus Hobelspäne produziert wurden, gedeckt werden konnte. Obern- berger und Thek (2009, 272) kommen zu dem Schluss, dass entweder die für die Pelletsproduktion zur Verfügung stehende Menge an Sägespänen größer sein muss als bisher angenommen oder es zu einer Verschiebung von der Platten- zur Pelletsindustrie gekommen sein muss. Zusammenfassend muss gesagt werden, dass beide Rohstoffe weitgehend aufgebraucht sind und Alternativen erschlossen werden müssen.

Eine Erweiterung auf teurere Rohstoffe wie das Industriehackgut ohne Rinde ist zu erwarten. Dieser Rohstoff ist jedoch in der Papier- und Zellstoffindustrie begehrt, was zu einer Konkurrenzsituation führt. Würde das gesamte Potential an Indust- riehackgut ohne Rinde (rund 1,1 Mio. t FS Pellets) genutzt werden, würden die Mengen je nach Marktsituation bis maximal 2022 reichen. Weitere Möglichkeiten stellen die Produktion von Pellets aus Rundholz oder Waldhackgut dar. Es gibt außerdem die Möglichkeit Rohstoffe zur Pelletierung zu gewinnen, indem die Pro- duktion von Energieholz aus Kurzumtriebsplantagen forciert wird.

Mit den Rohstoffen Industriehackgut, Waldhackgut und Energieholz (ohne Rund- holz) könnten theoretisch bis zu 5,8 Millionen t Pellets pro Jahr in Österreich pro- duziert werden. Sollte der Pelletsmarkt in eine solche Größenordnung vordringen, so werden die Importe an Pellets mit höchster Wahrscheinlichkeit steigen. Beson- ders der Import aus Osteuropa und Russland könnte dann von Bedeutung wer- den. Dadurch wird der Markt stärker gefordert sein, um die strengen Qualitätsziele zu erreichen, die dem Endverbraucher ein sicheres und einfaches Beheizen der Wohnräume ermöglichen (Obernberger und Thek, 2009, 272-276).

Analyse der relevanten Brennstoffe

3.3.3.5 Preise und Preisentwicklung der Pellets

Der derzeitige Preis von losen Pellets beträgt rund 4,7 Cent pro kWh (ProPellets, Abfrage am 12.8. 2015). Der Energiekostenverlauf von Pellets und Heizöl EL in Abbildung 18 soll die Preisentwicklung von Pellets vom Jahr 2000 bis zu Jahr 2015 aufzeigen. Die Preise werden in Cent pro kWh angegeben. Die Werte sind inflationsbereinigt und der Jahresdurchschnitt. Im Gegensatz zum Preis von Heizöl EL verläuft der Preis von Pellets relativ stabil und ist ab 2002 immer niedriger als der Preis von Heizöl.

Abbildung 18: Energiekostenverlauf von Heizöl und Pellets in den Jahren 2000 bis 2015 (ProPellets, 2015)

Der durchschnittliche Pelletpreis 2012 war inflationsbereinigt niedriger als im Jahr 2002. Die kurzweilige Preisspitze im Jahr 2006 kam als Folge eines besonders kalten und schneereichen Winters, der Probleme bei der Holzbringung verursach- te, sowie aufgrund der rasant steigenden Nachfrage zustande (ProPellets, 2015).

Der Pelletshandel zeigt eine lange Kontinuität in der Preispolitik mit niedrigen Sommerpreisen und etwas höheren Winterpreisen mit moderaten jährlichen Preis- steigerungen. Die zum Teil starken Schwankungen der Preise bei fossilen Ener- gieträgern sind bei Pellets nicht zu erkennen, was das Vertrauen der Endverbrau- cher in den Brennstoff Pellets gestärkt hat (Obernberger und Thek, 2009, 207f).

Analyse der relevanten Brennstoffe

Für den bereits erwähnten starken Preisanstieg von Pellets 2006 sind gemäß Obernberger und Thek (2009, 208f) mehrere Faktoren verantwortlich. Es wurden im Herbst 2005 mehr Pelletskessel verkauft als jemals zuvor, was die Nachfrage im folgenden Winter stark ansteigen ließ. Hinzu kam der lange und strenge Winter, der den Verbrauch und somit die Nachfrage nach oben trieb. Der strenge und schneereiche Winter minderte den Holzeinschlag, wodurch die Sägewerke weni- ger Späne produzierten, die als Rohstoff für die Pelletierung dienen. Der Preis für Sägespäne stieg an, was die Produktionskosten ebenfalls steigerte.

Wird jedoch die Zusammensetzung der Pelletsproduktionskosten betrachtet, so zeigt sich, dass der Anteil der Rohstoffkosten rund 43% beträgt. Es wird ange- nommen, dass ein weiterer wichtiger Faktor für die Preissteigerung 2006 verant- wortlich ist, nämlich der Export von Pellets. Im Jahr 2006 wurden in Österreich rund 620.000 t Pellets hergestellt, der Inlandsverbrauch hingegen betrug etwa 400.000 t, somit wird deutlich, dass rund ein Drittel der österreichischen Pellets- produktion exportiert werden. Die eingetretene Verknappung ist also auch im Ex- port begründet, denn die Inlandsproduktion hätte den Inlandsverbrauch leicht de- cken können. Durch den Export in lukrativere Märkte (insbesondere Italien, wo höhere Preise für Pellets bezahlt werden, da die Besteuerung auf Heizöl höher ist) wurden seitens der Pelletsproduzenten kurzfristige Gewinne erzielt. Der Pellets- markt wurde dadurch nachhaltig gefährdet, der Absatz von Pelletheizungen ist im darauffolgenden Jahr zusammengebrochen. Die Absatzzahlen gingen österreich- weit um mehr als 60% zurück (siehe Abbildung 18). Die Pelletspreise hingegen sanken 2007 wieder auf ein niedriges Niveau, was mit der Errichtung neuer Pel- letswerke und den damit verbundenen Ausbau der Pelletsproduktionskapazität bewerkstelligt werden konnte (Obernberger und Thek, 2009, 208f).

Obernberger und Thek (2009,209) resümieren: “Mit einer derartigen Entwicklung gehen zwei wesentliche Kernargumente der Pelletsbranche für den Umstieg auf Pellets, nämlich Preisstabilität und nationale Wertschöpfung, verloren”.

Analyse der relevanten Brennstoffe

Abbildung 19: Jährlich neu installierte Pelletkessel im Kleinanlagenbereich in Österreich (ProPellets, 2015)

Abbildung 19 von ProPellets zeigt die Anzahl der jährlich neu installierten Pellet- kesseln in Österreich im Kleinanlagenbereich, die für Haushalte verwendet wer- den. Eine große Einflussnahme auf die Neuanschaffung von Pelletkessel hat der Preis des momentan genutzten Brennstoffs, zumeist sind das Öl oder Gas. Diese Preise sind in den letzten Jahren gestiegen, was die Absatzzahlen von Pelletkes- sel nach oben bewegt hat. Mit ein Grund für den deutlichen Anstieg von Pellets- heizungen sind die Investitionsförderungen der verschiedenen Bundesländer, so- wie der Informations- und Marketingoffensiven, gesteuert durch verschiedene Marktakteure, wie beispielsweise proPellets oder davor der Pelletsverband Austria (Obernberger und Thek, 2009, 279f).

3.3.3.6 Preis- und Absatzprognosen für Pellets

Prognosen zur Entwicklung des Pelletsmarktes sind laut Obernberger und Thek (2009, 270f) schwierig und mit Vorsicht zu beurteilen, denn es musste in der Ver- gangenheit ständig nach oben revidiert werden. Beispielsweise wurde im Jahr 2000 die Menge der Pelletsproduktion 2010 mit 200.000 t FS/a prognostiziert.

Tatsächlich wurde diese Menge bereits 2003 deutlich überschritten.

Im Folgenden werden zwei Szenarios vorgestellt die als Basis die derzeitige Roh- stoffsituation der Herstellung von Pellets mit Hobel- und Sägespäne haben.

Analyse der relevanten Brennstoffe

Das Szenario 1 setzt als Rohstoff für die Pelletsproduktion Industriehackgut ohne Rinde ein. Dieser Rohstoff gewinnt immer mehr an Bedeutung, da Sägespäne kaum noch für einen weiteren Ausbau von Pelletsproduktionskapazitäten zur Ver- fügung stehen. Industriehackgut ohne Rinde hat einen mittleren Preis von 11,84 Euro/Srm. Damit ist der Rohstoff gegenüber Späne um rund 7% teurer. Hinzu kommt die erforderliche Zerkleinerung von Hackgut auf Spangröße und die an- schließende Trocknung, was die Investitionskosten der Anlage aufgrund der zu- sätzlichen Funktionen steigen lässt. Investitionskostenmindernd kann das Roh- stofflager wegen der höheren Schüttdichte von Hackgut sein. Weiters ist ein höhe- rer Stromverbrauch durch die zusätzliche Zerkleinerung sowie Trocknung zu ver- merken. Somit ergibt sich eine Erhöhung der Produktionskosten um etwa 9%, was sich dann zukünftig auf den Pelletspreis für den Endkunden auswirkt.

Das Szenario 2 sieht als Rohstoff Rundholz vor. Um den strengen Qualitätsaufla- gen durch die ÖNORM gerecht zu werden, muss auch hier entrindetes Holz als Rohstoff vorliegen. Der Preis für Rundholz wurde mit 40,8 Euro/fm angesetzt. Be- zieht man den Preis auf die Trockensubstanz, ist dieser Rohstoff somit um ca.

50% teurer als Sägespäne und um ca. 20% teurer als Hobelspäne. Zu diesem Szenario kommt ein zusätzlicher Hacker hinzu, um aus dem Rundholz Hackgut zu erzeugen. Zusätzliche Förderorgane sowie Rundholzlagerplatz müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Die gesamten Investitionskosten steigen gegenüber dem Szenario 1 um etwa 63%. Der Stromverbrauch wird ebenfalls steigen, um die zu- sätzlichen Maschinen mit Strom versorgen zu können. Eine Steigerung des Stromverbrauchs von etwa 70% gegenüber der Nutzung von Späne ist anzuneh- men. Die Pelletsproduktionskosten würden dann bei 197 Euro/t FS liegen, was deutlich über der aktuellen Wirtschaftlichkeitsgrenze liegt. Um diese Variante zu ermöglichen, müssten ebenfalls die Preise der Pellets am Markt angehoben wer- den (Obernberger und Thek, 2009, 205f).