Biomasseheizungen nutzen Hackschnitzel oder Pellets als Brennstoff. Biomasse lässt sich aber auch in Brenngas umwandeln, ein Prozess, der als Biomasse- oder Holzvergasung bezeichnet wird. Wesentlicher Bestandteil dieses Vergasungsprozesses ist die Pyrolyse, deren Funktionsweise wir im Folgenden erklären.

Definition

Pyrolyse beschreibt thermische Zersetzungsvorgänge unter Luftabschluss, bei denen fester Kohlenstoff zurückbleibt, der auch als Pyrolysekoks bekannt ist. Als Nebenprodukt entstehen Pyrolysegase, die nach Oxidation, Reduktion und Kondensation Synthese- oder Brenngas bilden. Nicht zu verwechseln ist die Pyrolyse mit der Vergasung: Bei dieser wird der Einsatzstoff durch Zugabe eines Vergasungsmittels, etwa Sauerstoff, in Gas umgewandelt. Oxidation und Reduktion überführen das flüchtige Pyrolysegas anschließend in nutzbares Synthese- oder Brenngas.

Produkte aus der Pyrolyse

Bei der Pyrolyse entstehen neben Feststoffen auch Gase und Flüssigkeiten. Welche Anteile und Zusammensetzungen sich ergeben, hängt von mehreren Faktoren ab, darunter dem Einsatzstoff, der Pyrolysetemperatur, den eingesetzten Hilfsstoffen, den Druckverhältnissen und der Behandlungsdauer. Durch die gezielte Steuerung dieser Parameter lässt sich der Prozess auf das gewünschte Produkt hin optimieren, sei es Brenngas, Koks oder flüssige Bestandteile.

Die Pyrolyseverfahren

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Verfahren. Bei der direkten Pyrolyse stammt die erforderliche Wärmeenergie aus dem Pyrolysegut selbst, indem sich der Rohstoff durch Verbrennungsgase erhitzt, wobei ein geschlossener Behälter die Steuerung der Reaktionstemperatur ermöglicht. Bei der indirekten Pyrolyse erfolgt die Erhitzung in einem abgeschlossenen, von außen beheizten Raum mit sauerstofffreier Atmosphäre, um eine Verbrennung des Rohstoffs zu verhindern. Dieser Vorgang wird auch als Verschwelung bezeichnet, teils unter Zugabe von Dehydrierungsmitteln.

Historisches Schwel-Brenn-Verfahren

Ein Beispiel aus der Vergangenheit ist das Schwel-Brenn-Verfahren, das in den 1990er Jahren entwickelt wurde, um Haus- und Gewerbemüll mittels Verschwelung zu beseitigen. Diese Technik setzte sich jedoch nicht durch. Nach einem Störfall in einer Großanlage, bei dem Schwelgas austrat und Anwohner über Reizungen klagten, wurde das Verfahren nicht weiterverfolgt. Das Beispiel zeigt, dass die technische Beherrschung solcher Prozesse hohe Anforderungen an Sicherheit und Anlagentechnik stellt.

Wie funktioniert ein Pyrolyseofen?

In einem Festbettvergaser wird der Pyrolyseprozess zur Biomassevergasung genutzt. Brennholz in Form von Hackschnitzeln oder Pellets wird in die Kammer geleitet und entzündet. Ein Gebläse versorgt die Verbrennung mit Sauerstoff, während ein Abzug das entstehende Produktgas absaugt. Die untere Schicht der Hackschnitzel verbrennt langsam und erhitzt die darüberliegenden Holzschichten, sodass die Biomasse verdampft und Pyrolysegase entstehen. Aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit sind zusätzlich Oxidation und Reduktion nötig, um daraus nutzbares Brenngas zu gewinnen.

Weitere Anwendungsbereiche

Auch im Haushalt kommt die Pyrolyse zum Einsatz. Manche Backöfen nutzen sie zur Selbstreinigung, indem sie sich auf bis zu rund 480 Grad Celsius erhitzen und Fett- sowie Speisereste nahezu restlos verbrennen. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Holzkohle: Durch Verschwelung wird dem Holz Feuchtigkeit entzogen, und in einer Pyrolysekammer werden die biologischen Stoffe auf rund 400 bis 600 Grad Celsius erhitzt. Durch das Aufbrechen der langkettigen Kohlenstoffverbindungen entstehen Biokohle und Synthesegas, das bei der Holzkohleherstellung als Nebenprodukt verbrannt wird.

Fazit

Ein weiterer Vorteil der Pyrolyse und Vergasung liegt darin, dass sich auch der feste Rückstand, die Biokohle, sinnvoll nutzen lässt, etwa als Bodenverbesserer oder zur langfristigen Bindung von Kohlenstoff. Damit rückt die Technologie zunehmend in den Fokus, wenn es um die stoffliche und energetische Nutzung von Rest- und Abfallbiomasse geht. Für den Betrieb solcher Anlagen sind allerdings eine sorgfältige Prozessführung und die Einhaltung der Emissionsvorschriften entscheidend, weshalb sie überwiegend im gewerblichen und industriellen Maßstab zum Einsatz kommt.

Zusammengefasst ist die Pyrolyse ein vielseitiger thermochemischer Prozess, der unter Luftabschluss aus Biomasse festen Kohlenstoff und energiereiche Gase gewinnt und damit die Grundlage der Holzvergasung bildet. Über die Steuerung von Temperatur, Druck und Rohstoff lässt sich das Verfahren gezielt auf Brenngas, Koks oder flüssige Produkte ausrichten. Neben der Energiegewinnung dient sie der Selbstreinigung von Backöfen und der Holzkohleherstellung. Für moderne Biomasseheizungen ist sie ein zentraler Baustein, um aus nachwachsenden Rohstoffen möglichst effizient nutzbare Wärme und Energie zu gewinnen, sofern die Anlagen sauber und emissionsarm betrieben werden.

Bei der Pyrolyse wird organisches Material unter Ausschluss von Sauerstoff und unter Hitze zersetzt, wodurch feste, flüssige und gasförmige Produkte entstehen. In der Heiztechnik nutzen vor allem Holzvergaserkessel dieses Prinzip: Das Holz wird zunächst vergast, und das entstehende Holzgas verbrennt anschließend in einer separaten Brennkammer besonders schadstoffarm. Diese Trennung von Vergasung und Verbrennung ist der Grund für die hohen Wirkungsgrade moderner Scheitholzkessel.

Für den privaten Bereich ist vor allem die Holzvergasung in modernen Scheitholzvergaserkesseln relevant, die den Pyrolyseprozess nutzen, um das Holz besonders vollständig und emissionsarm zu verbrennen. Durch die Trennung von Vergasung und Verbrennung erreichen solche Kessel hohe Wirkungsgrade und geringe Emissionen. Wer mit Holz heizt, profitiert damit indirekt von der Pyrolyse, ohne sich mit den technischen Details im Alltag befassen zu müssen.