Bei der Verbrennung verschiedener Materialien entstehen immer Gase. Der Änderung des Aggregatzustands liegt die thermochemische sogenannte Pyrolyse zugrunde. Hohe Temperaturen spalten größer Moleküle in kleinere auf. Wird die Pyrolyse mit sauerstoffhaltigen Ausgangsstoffen wie Holz ausgeführt, kann auch von Vergasung gesprochen werden. Aus dem abbrennenden nachwachsenden Rohstoff Holz wird entsprechend Holzgas.

Die reine Pyrolyse findet ohne Sauerstoffbeteiligung statt. Holz wird ohne Luftzugang auf etwa 800 Grad erhitzt. Das entstehende Holzgas besteht etwa zur Hälfte aus dem ungiftigen Kohlendioxid, zu etwa einem Drittel aus dem hochgiftigen Kohlenmonoxid, zu etwa zehn Prozent aus Methan und einigen anderen Stoffen. Je nach Sauerstoffgehalt des Holzes und der Luftzuführung ändern sich die Gewichtungen.

Heizen mit Holzgas

Unter den aus Verbrennung entstehenden Gasen haben Holzgase einen geringeren Heizwert als andere Gase. Erdgas erzeugt einen 8,5-fach höheren Heizwert. Um das aus Holz entstandene Produkt als Heizgas nutzen zu können, muss eine ausgeklügelte Holzvergasungs-Technik eingesetzt werden.

Weitere technisch anspruchsvolle Herausforderungen entstehen aus der Holzgas Zusammensetzung:

• Ein hoher Verunreinigungsgrad muss durch Filtertechnik abgemildert werden
• Die Giftigkeit des Kohlenmonoxids macht Holzvergaser prinzipiell gefährlich
• Der geruchslose und unsichtbare Gasanteil darf in keiner noch so kleinen Konzentration die Verbrennungsanlage verlassen können

Bei der Produktion von Holzgasen entstehen erhebliche Rückstände, die weit über das sprichwörtliche Häufchen Asche hinausreichen. Wenn 100 Kilogramm Holz vergast werden:

• entstehen bis zu 30 Kilogramm Holzkohle
• bis zu fünf Kilogramm Teer
• und eine ähnliche Menge Essigsäure

Dazu kommt ein schwankendes Aufkommen an Wasser, das sich durch Kühlungsvorrichtungen in einer Holzvergaserheizung deutlich erhöhen kann.

Vergaserkessel pyrolysieren und vergasen

Um Holzgas effizient und sicher als Brennstoff einzusetzen, nutzen Holzvergaserkessel zwei getrennte Brennkammern. In der ersten Kammer werden das Holz selber und leichte Gasbestandteile verbrannt.

Mit thermischer Unterstützung, beispielsweise einem saugenden Ventilator, wird der Hauptanteil des Holzgases in die zweite Brennkammer geleitet. Ein eigener Verbrennungsvorgang bei höherer Temperatur verbrennt die schweren Gasanteile.

Neben der effizienteren Ausbeutung des Heizwertes von Holz durch den zweistufigen Verbrennungsvorgang filtern sich bei dieser Technik viele Verunreinigungsstoffe schon beim ersten Brennvorgang heraus. Die sauerstoffhaltige Primärluftversorgung füttert den ersten Brennvorgang. Die Sekundärluft mit präzise gesteuertem Sauerstoffanteil versorgt die Gasverbrennung und entspricht der Pyrolyse stärker als der Vergasung.

Kraft- und Wärmegewinnung möglich

Obwohl Holzgas einen vergleichsweise geringen Heizwert besitzt, lohnt sich der Einsatz in der Kraft Wärme Kopplung. Bei der Gewinnung von Strom aus Holzgas wird ein hoher Effizienzgrad erreicht, der den originären Nachteil des Ausgangsbrennstoffes Holz und dessen Gas teilweise ausgleicht.

Abkühlungssysteme, thermische Verdichtung und effektive Wärmetauscher sorgen in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) für eine wirtschaftliche Erzeugung von Strom und Wärme aus Holz und dessen Gas. Zum Schutz der BHKW Motoren muss das Gas gekühlt und gefiltert werden. Ein spezifisches Bauteil erzeugt bei Holzgasvergasern einen unvermeidlichen Schwund. Im BHKW müssen Gasreste, die während des Hoch- und Runterfahrens der Anlage entstehen, ungenutzt „abgefackelt“ werden.