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Die Kunst des Pelletierens – Erfahrungen aus 25 Jahren

Holzpelletiertechnik

Zeitungsmeldungen und Einträge in Internetforen zeigen es: Verbraucher von Haushaltpellets sind sensibilisiert auf die Pelletqualität. Denn die Öfen schlucken nicht alle Pellets mühelos. Schlechte Pellets bilden Schlacke, verstopfen die Brennkammer und stürzen die Pelletskäufer in Verzweiflung. Die Produzenten tun deshalb gut daran, möglichst hochwertige Pellets zu produzieren. Gleichzeitig sind sie daran interessiert, den Durchsatz durch ihre Anlage zu steigern. Qualität und Durchsatz stehen dabei nicht im Gegensatz und können durch das Einstellen verschiedener Parameter im Pelletierprozess geregelt werden. Bühler blickt zurück auf über 25 Jahren Erfahrung im Pelletieren von Holz und anderer Biomasse. Bühler lieferte 1982 die Maschinen für die erste Holzpelletieranlage in Mora, Schweden. Ein Teil dieser Erfahrungen sei im Folgenden zusammengefasst.

Qualität und Durchsatz optimieren

Zur Bestimmung der Qualität der Pellets bestehen Normen. In Europa bekannte Normen sind beispielsweise die Ö-Norm M 7135, die DIN Norm 51731 oder die DIN Plus Norm. Es gibt aber weit mehr Normen, sowohl in Frankreich wie in den USA sind die nationalen Pelletverbände daran, neue Normwerte zu definieren. Ihnen allen ist gemein, dass sie den Wassergehalt, Abrieb, Aschegehalt, die Länge, Schüttdichte und die Energiedichte der Pellets als wichtigste Qualitätsgrössen vorgeben und zusätzliche Grenzwerte für die elementare Zusammensetzung definieren. In erster Linie bestimmt die Rohmaterialbeschaffenheit, ob ein Pellet in den Haushaltofen wandert oder als Industriepellet Verwendung findet. Im Pelletwerk selbst kann allerdings in jedem Prozessschritt durch die Kontrolle und Regelung verschiedener Prozessvariablen wesentlich auf die Qualität der Pellets und den Durchsatz Einfluss genommen werden.

Wassergehalt als bedeutendste Regelgrösse

Der richtige Wassergehalt entscheidet darüber, ob überhaupt ein Pellet in der Pelletpresse geformt werden kann und wie gut das Pellet anschliessend zusammenhält. Eine Abweichung im Wassergehalt von wenigen Zehntel Prozent kann bereits über Sein oder Nicht-Sein eines guten Pellets entscheiden. Es braucht deshalb während des gesamten Pelletierprozesses Kontroll- und Regelmechanismen, die den Wassergehalt steuern helfen.

Der Wassergehalt im Rohmaterial durchläuft in der Pelletieranlage grosse Änderungen. Wird frisches Stammholz oder Sägemehl verarbeitet, so beläuft sich dessen Wassergehalt auf rund 50%. Im Trockner wird das gehackte Holz oder das Sägemehl auf gegen 10% hinuntergetrocknet und anschliessend zu Sägemehl feinvermahlen. Bevor das Sägemehl pelletiert wird, muss es nochmals angefeuchtet werden, um den optimalen Wassergehalt zum Pelletieren zu erreichen. Das Optimum bewegt sich zwischen 10% und 15% und ist in erster Linie vom zu verarbeitenden Rohmaterial abhängig. Ist das Sägemehl in der Presse zu trocken, werden die Pellets brüchig, und die Presse kommt in einen suboptimalen Betriebszustand, was sich in häufigeren Unterhaltsarbeiten und höheren Verschleisskosten auswirkt. Ist das Sägemehl zu nass, kann Schlupf zwischen Pressrollen und Pressform entstehen, als Folge davon bricht der Durchsatz zusammen und die Pelletqualität sinkt ebenfalls. Nach der Pelletpresse gelangen die Pellets in den Gegenstromkühler. Sie sollten so schnell und schonend wie möglich dem Kühler zugeführt werden, denn nach der Presse sind sie noch weich und gewinnen erst im Kühler ihre endgültige Festigkeit. Beim Abkühlen wird nochmals Feuchtigkeit frei, welche abgeführt werden muss. Hier ist Vorsicht geboten: Im Holz gibt es zahlreiche aggressive Säuren, die sich im Kondensat mit Wasser wirkungsvoll in Szene setzen. Normalstahl hat da keine Chance.

Ohne Reibung kein Pellet

Das Herz einer Holzpelletieranlage ist die Pelletpresse, wo aus losem Sägemehl ein hartes und beständiges Pellet geformt wird. Entscheidend für diesen Formprozess sind Druck und Reibung im Presskanal der Pressformen und die Reibung zwischen den Sägemehlpartikeln. Abhängig vom Rohmaterial und dem Durchmesser bedarf es kürzerer oder längerer Aktivkanäle in den Pressformen. Die Kanallängen können zwischen 30 mm und 80 mm schwanken, wobei weichere Hölzer längere Kanallängen als härtere erfordern. Um den optimalen Druck im Kanal aufbauen zu können, ist einerseits die Verteilung des Materials auf der Pressform und andererseits der Spalt zwischen Pressrollen und Pressform entscheidend. Durch Abnützung der Form und der Pressrollen muss der Spalt gelegentlich nachgestellt werden. Andere Prozessparameter wie Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur beeinflussen die Druck- und Reibungskräfte und haben deshalb auch hier einen entscheidenden Einfluss auf die Pelletqualität.

Temperatur hilft optimieren

Auf dem Weg vom Rundholz beziehungsweise Sägemehl zum fertigen Pellet ist das Rohmaterial grossen Temperaturänderungen unterworfen. Gleich zu Beginn wird das Rohmaterial im Trockner stark erhitzt, im Bandtrockner etwas schonender als beim Trommeltrockner. Das Produkt erreicht im Bandtrockner eine Temperatur gegen 70 Grad Celsius, im Trommeltrockner können Temperaturen gegen 100 Grad Celsius erreicht werden. Da verschiedene Inhaltsstoffe im Rohmaterial die Pelletqualität beeinflussen, und diese aufgrund der hohen Temperaturen teilweise abgebaut oder umgewandelt werden, kann ein Einfluss der Temperaturen auf die Pelletqualität empirisch nachgewiesen werden. Wie aber die Gesetzmässigkeiten sind, ist zurzeit noch nicht hinreichend bekannt.

In der Pelletpresse hat die Temperatur einen entscheidenden Einfluss auf die Pelletqualität. Erhöhte Temperaturen wirken sich in der Regel positiv auf den Abrieb aus. Ebenfalls nimmt der Energiebedarf der Presse zur Produktion der Pellets ab. Wobei es für jedes Rohmaterial einen optimalen Temperaturbereich zu geben scheint. Mit der Zugabe von Dampf unmittelbar vor der Presse kann die Produkttemperatur kontrolliert und damit Einfluss auf die Produktqualität genommen werden. Gängige Produkttemperaturen von Weichholz beispielsweise sind um die 100 Grad Celsius.

Über die Ursachen beziehungsweise die Vorgänge im Holz wird nach wie vor spekuliert. Eine entscheidende Rolle wird dem holzeigenen Bindemittel Lignin zugeteilt, allerdings können auch die anderen beiden Hauptbestandteile von Holz – Hemicellulose und Cellulose – durch die Temperatur einen Einfluss auf den Pelletierprozess haben. Hinlänglich bekannt ist die Bedeutung des schnellen Abkühlens nach der Presse. Erst die Abkühlung im Kühler bringt die gewünschte Festigkeit der Pellets.

Rohmaterial stellt Weiche

Eine noch so gute Pelletieranlage verfehlt allerdings ihr Ziel, wenn das zu verarbeitende Rohmaterial nicht zur Pelletierung geeignet ist. Aus gutem Grund entstehen weltweit die meisten Pellets immer noch aus Weichhölzern wie Fichte oder Kiefer, sie eignen sich aufgrund des geringen Aschegehaltes am besten zur Verbrennung in Haushaltöfen. Bei Pellets aus Harthölzern und Stroh wird oft der Grenzwert für Asche überschritten, zusätzlich ist mit vergleichsweise hohen Verschleisskosten in der Anlage zu rechnen. Auch hohe Rindenanteile und Sand wirken sich negativ auf die Unterhaltskosten und den Aschegehalt aus.

Neben diesen relativ offensichtlichen Charakteristika der Rohmaterialien kommen selbst innerhalb einer Baumart Variationen vor, die sich auf die Pelletqualität und den Durchsatz auswirken. So spielt es eine Rolle, wo und wann der Baum gewachsen ist und selbst die Art und Dauer der Lagerung des Holzes wirkt sich auf den Pelletierprozess aus. Wer also Durchsatz und Qualität von Pellets optimieren und auf einem hohen Niveau halten möchte, kommt nicht um eine konstante Rohmaterialqualität herum.

Homogenität gilt insbesondere auch für die Partikelgrösse. Aus Mangel an Sägespänen und Sägemehl werden zunehmend frische Holzstämme zu Holzschnitzeln gehackt und getrocknet. Damit wird die Partikelgrösse zu einem entscheidenden Faktor im Pelletierprozess: Sowohl Trommel- wie auch Bandtrockner bekunden Mühe, wenn sie gleichzeitig grosse und kleine Holzschnitzel trocknen müssen. Als Folge sind entweder die grossen Schnitzel zu nass oder die kleinen zu trocknen – mit Auswirkungen auf die folgenden Prozessschritte. Hier hilft die Fraktionierung der Holzschnitzel vor dem Trockner oder allenfalls eine Nassvermahlung, obwohl viel elektrische Energie für diese Art von Vermahlung eingesetzt werden muss.

Auch in der Pelletpresse helfen die richtigen Partikelgrössen zur Steigerung der Pelletqualität. Zu feines Material lässt sich schlecht pelletieren, während zu grobes Material in der Pelletpresse zusätzlich vermahlen werden muss und so die Leistung senkt und den Energieverbrauch erhöht. Gängig sind Siebgrössen in der Hammermühle zwischen 4 und 8 Millimeter, welche eine optimale Partikelgrössenverteilungen für den anschliessenden Pelletierprozess garantieren.

Text: Dipl Natw. ETH, Daniel M. Meier, Bühler AG, CH-9240 Uzwil, www.buhlergroup.com