Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse und Modellierung der initialen Selbsterwärmung in Biomassehaufwerken aus Holzhackschnitzeln

Feste Biomasse wird in Deutschland vorwiegend in lokalen Wertschöpfungsketten in Form von Hackschnitzeln genutzt. Diese werden in, vornehmlich von KMU´s betriebenen, Kleinanlagen eingesetzt. Während der Lagerung des Materials kommt es zu Degradationsvorgängen, die durch mikrobielle Stoffwechselaktivität im Zusammenspiel mit der Stoffwechselrestaktivität des Holzes und chemischen Reaktionen verursacht werden. Diese Vorgänge können zu einer Selbsterwärmung und zu Masseverlusten führen.

Bedingt durch die Komplexität der Vorgänge, stellen die bisher bekannten Untersuchungen eine nur unzureichende Datengrundlage für die zuverlässige Beschreibung der Initiierung des Selbsterwärmungsprozesses dar. Insbesondere mangelt es an einem Verständnis der Wechselwirkung zwischen chemischer Zusammensetzung und mikrobiologischer Population.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, die Vorgänge in Hackschnitzellagerstätten, insbesondere die Zusammenhänge zwischen chemischer Holzzusammensetzung, mikrobiologischer Population, Feuchtigkeitsverteilung und Temperaturentwicklung auf unterschiedlichen Skalen experimentell zu untersuchen und mit Hilfe numerischer Verfahren (Open-Source-Modell) einen besseren Einblick in die Vorgänge zu gewinnen. Die Ergebnisse der Simulation werden mit Freilanddaten verglichen und erlauben ein besseres Verständnis der Temperaturentwicklung innerhalb der Hackschnitzellagerstätten.

Nach Abschluss des Projektes steht ein detailliertes Bild der Zusammenhänge der Einflussfaktoren auf die Selbsterwärmung von Hackschnitzelschüttungen zur Verfügung und unterstützt damit die Planung von Lagervorgängen und Lagerstätten bei KMUs. Das neu konzipierte numerische Open-Source-Modell ermöglicht die gezielte Berücksichtigung des Einflusses von wechselnden Umgebungsbedingungen auf die Lagerung in Hackschnitzelhaufwerken. Hierdurch wird ein Beitrag zu einer optimierten, sicheren und verlustarmen Hackschnitzellagerung bei KMUs geleistet, der in einen Leitfaden einfließt.

Ergebniszusammenfassung:

Feste stückige Biomasse wird in Deutschland aus ökonomischen und ökologischen Gründen vorwiegend in lokalen Wertschöpfungsketten und vornehmlich durch KMUs genutzt. Damit geht eine vielfältige Lagerung, meist in Form von Hackschnitzeln in großen Haufwerken einher. Durch die sehr ausführliche und umfassende Dokumentation der theoretischen und experimentellen Ergebnisse in diesem Bericht, ergibt sich für alle mit der Lagerung solchen Materials befassten Unternehmen und Einrichtungen ein breiter Fundus neuer Informationen. Diese können sowohl als direkte Erfahrungen genutzt, zur Interpretation eigener Erfahrungen herangezogen oder als Ausgangspunkt für weiterführende Arbeiten verwendet werden. Die Arbeiten haben nicht nur die Komplexität der Vorgänge aufgezeigt, sondern auch viele weiterhin existierende Wissensdefizite hinsichtlich der eigentlichen Umwandlung als auch fehlende experimentelle Verfahren zur quantitativen Bestimmung offenbart. Hieraus lassen

sich beim Anwender Veränderungen bei der Lagerung (zur Vermeidung von Selbstentzündung, unerwünschter Erwärmung und damit verbundenem Qualitätsverlust) ableiten. Es wurde die bisher unterschätzte Bedeutung der Inhomogenität des Ausgangsmaterials deutlich. Für weitergehende wissenschaftliche Analysen und zur Entwicklung besserer messtechnischer Verfahren bzw. Versuchsaufbauten ergab das Projekt neue Ansätze, die von unterschiedlichen Akteuren der Branche aufgegriffen werden können.