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Lipro Energy: Vom Exoten aus der Mangelwirtschaft zum Wirkungsgrad-Riesen (Bild: Lipro Energy)

Bild: Lipro Energy

Vom Exoten aus der Mangelwirtschaft zum Wirkungsgrad-Riesen

Holzgas hat ein großes Potenzial in Kraftwerken, wird bislang aber wenig genutzt. Die Jungunternehmer von Lipro Energy wollen der Technologie auf die Sprünge helfen. Mit einem Kraftwerk, das auch minderwertigere Brennstoffe verstromt.

Gründer Jonas Zimmermann, Frederik Köster, Julian Fintelmann

Gründer Jonas Zimmermann, Frederik Köster, Julian Fintelmann

Mit einem Holzvergaser gekoppelte Blockheizkraftwerke sind die effektivste Methode, um Strom und Wärme aus fester Biomasse zu gewinnen. Der elektrische und thermische Wirkungsgrad von kombiniert rund 85 % ist beeindruckend. Dennoch blieb die Technologie bislang in der Nische. Was ein Team junger Ingenieure nicht daran hinderte, sich unter das Dutzend der Anbieter im deutschsprachigen Raum zu wagen. Vor fünf Jahren gründeten sie Lipro Energy; jüngst wechselte die Firma in eine größere Werkhalle nahe dem niedersächsischen Oldenburg. Dort ist genug Platz, um zehn Holzgaswerke gleichzeitig zu fertigen. Anfang 2019 werden in der Halle je zwei Vergaser und Generatoren sowie Sensoren und Schaltschränke zu 50-kW-Anlagen montiert. Doch die Jungunternehmer wollen nicht nur die Produktion hochfahren. Investiert wird auch in die Entwicklung. Das Ziel lautet, auch minderwertige Brennstoffe zu verstromen, um den Betrieb wirtschaftlicher zu machen.

Synthesegas treibt den Motor des Blockheizkraftwerks an

Im oberen Teil des Reaktors wird das Pyroloyse-Gas oxidiert, anschließend im unteren Teil im Kohlebett reduziert

Im oberen Teil des Reaktors wird das Pyroloyse-Gas oxidiert, anschließend im unteren Teil im Kohlebett reduziert

Der Holzvergaser von Lipro Energy arbeitet vollautomatisch mit getrennten Prozessstufen (Bild: Lipro Energy)

Der Holzvergaser von Lipro Energy arbeitet vollautomatisch mit getrennten Prozessstufen (Bild: Lipro Energy)

Ohne hochwertige und teure Hackschnitzel kommen Lipro-Holzgaswerke bereits heute aus. Grund für die Genügsamkeit: „Unsere gestufte Vergasung ist einzigartig“, sagt Mitgründer Frederik Köster. Laut dem Ingenieur ist damit jede Prozessphase optimal zu steuern. Schritt eins ist die Pyrolyse, die bei bis zu 700 °C und möglichst ohne Sauerstoff geschieht. Eine Förderschnecke leitet die dabei entstehende Holzkohle direkt in den Reduktionsreaktor. Die flüchtigen Kohlenwasserstoffe werden bei mehr als 1.000 °C im Oxidationsreaktor gecrackt. Luft und Dampf zerlegen den Mix komplexer Gase in kleinere Moleküle. Wichtig bei diesem zweiten Schritt: „Durch die Trennung von Kohle und Gas erfolgt die Oxidation unter optimalen Bedingungen außerhalb des Feststoffs“, erklärt F. Köster. „Dadurch wird sichergestellt, dass kein Teer in den Verbrennungsmotor gelangt“. Eine aufwendige Gasreinigung entfällt. Auch beim dritten und letzten Schritt sind die getrennten Prozessphasen von Vorteil. Während die Oxidation große Hitze braucht, sind zu hohe Temperaturen bei der Reduktion des Gases in der Pyrolysekohle unerwünscht. Ansonsten können Schlacken entstehen, die das automatische Herausfördern der Asche behindern. Am Ende des komplexen Prozesses hat der Reaktor ein Gemisch von Kohlenmonoxid und Wasserstoff produziert. Dieses Synthesegas treibt schließlich den Motor des Blockheizkraftwerks an.
Weil weder Teer noch Schlacke die Anlage lahmlegen, sichert das Verfahren eine hohe Verfügbarkeit. Zugleich erhöht es die Wirtschaftlichkeit, weil der Betreiber günstiges Material verfeuern kann. „Wir brauchen keine hochwertigen und homogenen Brennstoffe“, betont Köster. Statt den üblichen Premium-Hackschnitzeln aus Stammholz reichen etwa Kronenmaterial, Strauchschnitt oder Restholz. Auch Zapfen stören nicht. Was weniger als 0,5 cm misst, wird allerdings automatisch ausgesiebt. Wichtig ist zudem, dass der Brennstoff nicht mehr als 10 % Wasser enthält. Entscheidend sei immer das Gesamtkonzept, betont F. Köster: „Wenn zum Beispiel die Trocknung nicht vernünftig ausgelegt ist, läuft die Anlage nicht.“

Prototyp läuft seit fünf Jahren

Dass ein Holzgaswerk nicht unbedingt hochwertiges Brennmaterial braucht, belegt schon der Prototyp von Lipro Energy. Dieser läuft seit fünf Jahren und macht einen Ökobetrieb, der einen zu geringen Energiebedarf für eine Biogas-Anlage hat, in der Strom- und Wärmebilanz autark. Gefüttert wird das automatisch laufende Kleinkraftwerk mit allem, was rings um den Hof bei der Pflege von Hecken anfällt. Zudem wurden einige Extrareihen für den Kurzumtrieb angelegt. Diese erste Anlage war zunächst nur als Konzept für die elterliche Hofgemeinschaft der Gründer gedacht. Als sich bei der Recherche für eine Abschluss ­arbeit zeigte, dass nichts Passendes auf dem Markt war, schweißten die Jungingenieure selbst ein Kraftwerk zusammen und fanden so zur Geschäftsidee. Was sie bei der Literaturrecherche gelernt hatten, nutzten die Maschinenbauer, Mechatroniker, Informatiker, Forst- und Betriebswirte fürs Design der eigenen Anlage. „Es gibt tausende Entwicklungsprojekte, vom Labormaßstab bis zum Großkraftwerk, deren Betrieb später eingestellt wurde“, erklärt F. Köster. Viele der für die Holzvergasung erteilten Patente seien nie zur Anwendung gekommen, flossen aber teils in die Entwicklung des Lipro-Kraftwerks ein. Die Software wurde selbst programmiert. „Wir liefern eine Steuerung aus einem Guss“, sagt der kaufmännische Geschäftsführer Julian Fintelmann. Sensoren messen Temperaturen, Druckdifferenzen, Füllstände sowie Durchflüsse. Verschleißteile und Öl wechselt meist der Betreiber vor Ort. Ein Großteil der Wartung ist per Fernzugriff möglich.
Die neun Lipro-Holzgaswerke, die bislang in Deutschland, Österreich und Japan in Betrieb sind, werden von Forstbetrieben, Landwirten und Bio ­massehöfen ­betrieben. Fast alle entschieden sich für die größere Kraftwerk-Variante mit 50 kW elektrischer und 100 kW thermischer Nennleistung. Rund 30 weitere Holzgaswerke sind in der Planung. Als nächstes werden Anlagen in Japan, der Schweiz und Österreich errichtet. In Deutschland beschränkt sich das Geschäft meist auf das Aufrüsten von Bestandsanlagen mit hohen Vergütungen; entsprechend gering ist das Marktvolumen. Nach Schätzungen des Förder ­netzwerks Erneuerbare Energien wurde hierzulande bis 2016 eine elektrische Leistung von gut 30 MW installiert. Tendenz: abnehmend.

Zu schwachen Anreizen gesellen sich Auflagen

Wegen des schwachen Heimatmarkts setzt Lipro Energy wie die anderen Hersteller auf den Export. Etwa nach Japan, wo es eine attraktive Einspeisevergütung gibt. Hierzulande liegt die im EEG festgelegte Vergütung mit rund 13 Ct/kWh dagegen unter der für Biogas. Zu den schwachen Anreizen gesellen sich Auflagen, die es den Betreibern auch nicht einfacher machen. So ist für Blockheizkraftwerke bald eine aufwendige Zertifizierung vorgeschrieben, sobald sie ins Niederspannungsnetz einspeisen. Und ab einer Leistung von 100 kW besteht ein Zwang zur Direktvermarktung. „In Deutschland hat Holzgas eine schwache Lobby“, klagt F. Köster, „dabei ist es das Beste, was man energetisch mit fester Biomasse machen kann.“
Schon Ende des 19. Jahrhunderts verbrannte man Holzgas in Motoren. Seit in Kriegs- und Nachkriegszeiten Autos damit fuhren, galt es eher als Exot aus der Mangelwirtschaft denn als innovative Technologie. Am Image kratzten auch schlecht laufende Anlagen aus den Anfangstagen des EEG. „Es gab zeitweise viele schwarze Schafe in der Branche“, bekennt J. Fintelmann. Weil Komponenten nicht zusammenpassten oder weil Teer die Ventile und Kolbenringe im Motor verklebte. Inzwischen gilt die auf dem Markt verfügbare Technik als ausgereift. Doch nun mangelt es an politischer Unterstützung.
Das Potenzial von Holzgas geht weit über den derzeitigen Nischen-Status hinaus. Zudem ist die grundlastfähige Technologie für die Energiewende relevant. Als Betreiber kommt vorrangig infrage, wer die thermische Energie des Blockheizkraftwerks nutzen kann. Etwa als Prozesswärme, in einem Nahwärmenetz oder einem Schwimmbad. Andere Anwender suchen vor allem eine sinnvolle Nutzung für Reststoffe. Oder sie bringen Anbieter und Nutzer per Contracting zusammen. Wirtschaftsingenieur J. Fintelmann gibt eine Spanne zwischen drei und sieben Jahren für die Amortisa ­tion an. Ob eine Anlage rentabel ist, wird neben der Wärmeverwertung und den Brennstoffkosten auch von der Vergütung beziehungsweise dem Eigenverbrauch des Stroms beeinflusst. Zu beachten ist aber noch viel mehr. „Der genehmigungsrechtliche Aufwand für die Abfallverwertung kann ein Knock-out-Kriterium sein“, weiß J. Fintelmann. Der Wirtschaftsingenieur legt Wert auf eine ganzheitliche Projektprüfung und die Standorteinbindung: „Wenn wir z. B. merken, dass das Brennstoffkonzept schöngerechnet ist, raten wir auch mal von einer Anlage ab.“ Angehende Betreiber lernen schnell: Wer Holzgas nutzen will, sieht sich nicht nur einer anspruchsvollen Technik gegenüber – das Berechnen der Wirtschaftlichkeit ist nicht minder komplex.

Feine Abfälle wie Sägespäne oder Laub sollen nutzbar werden

Damit Anlagen leichter rentabel werden, will Lipro Energy sein Verfahren an immer neue Brennstoffe anpassen. „Was durch den Verkauf hereinkommt, fließt zum großen Teil in die Entwicklung“, seufzt der fürs Kaufmännische zuständige J. Fintelmann. Künftig sollen auch feine Abfälle, wie Sägespäne oder sogar Laub, nutzbar werden. Den Vergaser für neue Materialien einzustellen, ist jedoch alles andere als trivial. Jeder Brennstoff braucht eine besondere Prozessführung und kann sich unterschiedlich auf Anlagenverschleiß und Emis ­sionswerte auswirken. Problematisch sind etwa Chlor und Ammoniak. Trotz solcher Herausforderungen gibt es weltweit Interessenten: Probeweise landeten schon Palmkerne, Kaffeereststoffe, Gärabfälle und die Schalen hawaiianischer Macadamia-Nüsse im Holzvergaser.
www.lipro-energy.de


Peter Ringel ist als freier Journalist in Oldenburg tätig.

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Peter Ringel ist als freier Journalist in Oldenburg tätig.