Geschichte der Entwicklung

Eine Pelletheizung erzeugt beim Verbrennen von Holzpellets Energie aus Biomasse, sie zählt daher zu den erneuerbaren Energien. Die ersten Pelletpressen für Holz und zur Arzneimittel- oder Futterherstellung wurden bereits in den 1920er- oder 1930er-Jahren gebaut. Der US-amerikanische Luft- und Raumfahrtingenieur Jerry Whitfield entwickelte ab 1978 den ersten Holzpelletofen, den er 1984 auf einer Messe in Reno im US-Bundesstaat Nevada vorstellte. Die Zufuhr der aus Sägemehl gepressten Pellets erfolgte in seinem Ofen über eine Transportschnecke. Das eigentliche Erfolgsgeheimnis seines Ofens war jedoch die exakte Dosierung des Brennstoffes und der zur Verbrennung notwendigen Luft, woraus eine sehr geringe Feinstaubemission von 0,7 Gramm Feinstaub pro Stunde resultierte. Zum Vergleich: Die bisherigen Holzöfen stießen damals 50 bis 100 Gramm Feinstaub pro Stunde aus. Nach Ende der viertägigen Show hatte Whitfield 1000 Öfen verkauft.

In der Folgezeit begannen die Futtermittelhersteller in den USA, statt Getreide auch Holz zu pressen. Der Erfolg der Holzpellets ist auch der Ölpreiskrise in den 1970er-Jahren zu verdanken, weshalb man sich für neue Formen der Energiererzeugung zu intessieren begann. Schweden versorgte ab Mitte der 1980er-Jahre erstmals große Kraftwerke mit Holzpellets. Der Einsatz von Pelletöfen in Haushalten hielt sich Anfang der 1990er-Jahren in Mitteleuropa noch in Grenzen, weil kaum Holzpellets zur Verfügung standen. Die Firma Umdasch im österreichischen Amstetten war 1996 der erste Hersteller für Holzpellets in Mitteleuropa. Von Österreich ausgehend begann danach der Siegeszug für die moderne Pelletheizung in Europa, die sich heute als Alternative zur Öl- oder Gasheizung etabliert hat.


Herstellung der Holzpellets

Holzpellets werden überwiegend aus unbehandelten Holzresten wie Sägemehl, Hobelspänen oder nicht sägefähigem Restholz hergestellt. Sie stehen also als Nebenprodukte aus Sägewerken oder der Forstwirtschaft zur Verfügung, es werden keine zusätzlichen Bäume dafür gefällt. Bei der Herstellung der Pelletes kommt es darauf an, dass sie eine einheitliche Größe und einen gleichmäßigen Wassergehalt haben. Das Holzmaterial wird zuerst bei 60 bis 90 °C getrocknet und dann mit einer Hammermühle zerkleinert. Nach einer Anreicherung mit Stärke und wenig Wasser erfolgt das Pressen unter hohem Druck durch eine Ringmatrize aus Stahl. Die dabei entstehende Presswärme verflüssigt bei 110 °C das im Holz enthaltene Lignin, das als natürlicher Kleber fungiert und den fertigen Pellets den Glanz gibt. Die zylindrischen Pellets für Haushalte haben sechs Millimeter Durchmesser, sie werden nach dem Pressen geschnitten. Die Herstellung erfolgt ohne jeden chemischen Zusatz.




Der ursprüngliche Wassergehalt des Holzes von ca. 40 Massenprozent wird bei der Pelletherstellung auf 10 Massenprozent vermindert. Dadurch erhalten die gepressten Pellets einen Heizwert von mindestens 4,6 kWh pro Kilogramm Masse. Zum Vergleich: Beim Heizöl liegt der Heizwert ungefähr bei 10 kWh pro Liter (der Brennwert ist etwas höher). Holzpellets haben eine Rohdichte von mindestens 1,1 g/cm³ (bis 1,4 g/cm³), die Schüttdichte (unter Berücksichtigung der Lufträume zwischen den Pellets) beträgt nach DIN-Norm mindestens 600 kg/m³.


Ökobilanz und kritische Betrachtung

Der Energieaufwand pro Energiegehalt ist mit 2,7 % sehr niedrig (bezogen auf den Heizwert der Pellets). Beim Erdgas liegt er bei 10 %, beim Heizöl sogar bei 12 %. Der Hauptaufwand erfolgt beim Trocknen des Holzes. Total „klimaneutral“ ist das Heizen mit Holz nicht, aber die CO₂-Ökobilanz fällt zum Beispiel im Vergleich zum Erdgas wesentlich besser aus: Eine Brennwert-Gasheizung verursacht einen ökologischen Fußabdruck von 250 g CO₂ pro kWh, während beim Heizen mit Holz nur 25 g CO₂ pro kWh erzeugt werden (Quelle FNR: Broschüre Holzpellets – Nachhaltige Bioenergie, Gülzen-Prüzen 2021). Der niedrige Wert ist damit zu erklären, dass bei der Verbrennung von Holz nur so viel CO₂ freigesetzt wird, wie der Baum während seines Wachstums aufgenommen hat. Wenn die Pellets vom Erzeuger bis zum Endabenehmer weit transportiert werden müssen, verschlechtert sich die Ökobilanz bedeutend. Die gesetzlichen Grenzwerte für Feinstaub können bei modernen Pelletöfen auch ohne zusätzlichen Staubabscheider eingehalten werden. Zur weiteren Entlastung der Umwelt werden Pelletheizkessel mit einem elektrostatischen Staubabscheider angeboten. Auch die Pellets selbst können Holzstaub abscheiden: Sie werden bestenfalls unter Ausschluss von Luftfeuchtigkeit in einem Gewebesilo so gelagert, dass kein Staub freigesetzt wird.


Funktionsweise in einem Haushalt

Für Haushalte stehen zwei verschiedene Systeme zur Verfügung: Der Pelletkaminofen ist für Wohnräume konzipiert. Die erzeugte Wärme dieses Ofentyps wird über die Raumluft abgegeben. Wasserführende Pelletkaminöfen stellen einen modifizierten Typus dar: Sie können die Wärme in einen Heizwasserkreislauf einspeisen.




Ein Pelletheizkessel funktioniert wie ein gewöhnlicher Heizbrenner mit einem ausgeklügelten Regelsystem für eine effiziente Verbrennung. Die Saugturbine ist normalerweise im Pelletkessel integriert: Sie saugt die Pellets aus dem zentralen Lagerbehälter über ein Rohrsystem in den kleinen Vorratsbehälter im Kessel. Damit dieses „Rohrpostsystem“ funktioniert, benötigt es eine zweite Röhre, die für den Druckausgleich sorgt. Die Asche aus der Brennkammer wird über einen Lamellenrost automatisch herausgeführt. Der Aschebehälter im Pelletkessel muss geleert werden, bevor er voll ist. Der Heizbrenner erwärmt das Wasser für einen Heizkreislauf. Mit dem erwärmten Wasser werden zwei isolierte Systeme betrieben, wofür im Idealfall zwei verschiedene Brauchwasserspeicher zur Verfügung stehen: Der eine versorgt die Heizradiatoren in den Räumen, der andere dient zur Warmwasserbereitung des Trinkwassers.

Rohrleitungssystem zum Ansaugen der Pellets.

Arbeitsanregungen

> Ist das Heizen mit Pellets „klimaneutral“? Begründe deine Antwort.
> Erläutere die technischen Unterschiede von einer Pelletheizung zu einer Öl- oder Gasheizung.
> Für welche Regionen ist eine Pelletheizung sinnvoll, für welche eher nicht?
> Recherchiere, wo es in deiner Region Produzenten für Pellets oder Heizsysteme gibt?
> Diskutiere Vor- und Nachteile der Pelletheizung.
> Zeichne eine Skizze, wie ein Heizsystem mit einer Pelletheizung in einem Haus aussehen könnte
> Vermute was passiert, wenn man ein Holzpellet in Wasser legt. Probiere es aus und erläutere das Phänomen.
> Ein Haushalt benötigte bisher 1000 Liter Heizöl zum Heizen pro Jahr: Berechne, wie viel Kilogramm Holzpellets vergleichsweise pro Jahr benötigt werden und wie groß (in m³) das Lagersilo dimensioniert sein muss.


Literaturquellen
Literaturverzeichnis