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Aschennutzung

Übersicht

Da die energetische Nutzung von holzartiger Biomasse in Heizwerken und Heizkraftwerken in Österreich seit Jahren stetig im Steigen ist, kommt auch der Fragestellung nach einer sinnvollen und kosteneffizienten Verwertung der Holzaschen, deren anfallende Mengen dementsprechend auch deutlich angestiegen sind, immer größere Bedeutung zu. Die derzeitige Situation, dass die anfallenden Holzaschen zu einem großen Teil deponiert werden, ist vor allem vor dem Hintergrund, dass Holzasche einen wertvollen Sekundärrohstoff mit dünge- und bodenverbessernder Wirkung darstellt, als sehr unbefriedigend anzusehen. In Österreich betrug der Gesamtascheanfall aus der energetischen Nutzung von fester Biomasse im Jahr 2007 hochgerechnet rund 350.000 t. Davon fielen rund 295.000 t in Biomassheiz(kraft)werken an, wobei rund 125.000 t stofflich verwertet wurden. Die restlichen rund 170.000 t wurden deponiert, wobei hohe Kosten entstehen. Eine vermehrte stoffliche Nutzung von Holzaschen ist daher sowohl von großem kreislaufwirtschaftlichen als auch volkswirtschaftlichem Interesse.

Die Arbeiten von BIOS rund um das Thema Aschenutzung konzentrieren sich auf:

  • Durchführung von F+E-Projekten zur sinnvollen Nutzung von Biomasseaschen
  • Analysen von Aschen aus Biomasseheiz- und Biomasseheizkraftwerken für deren Charakterisierung und daraus ableitbare Verwertungsmöglichkeiten (Analysen)
  • Implementierung von Konzepten zur fraktionierten Schwermetallabscheidung in Biomassefeuerungsanlagen
  • Erstellung von Aschenverwertungs- und Logistikkonzepten für Biomasseheizwerke und Biomasseheizkraftwerke
  • Entwicklung und Planung der für die sinnvolle Ascheverwertung erforderlichen Prozesstechnik in Biomasseheiz- und Biomasseheizkraftwerken (Ascheförderung, Ascheaufbereitung, Aschelagerung, Aschetransport)

Nutzung von Biomasseaschen

Aschen aus der Verbrennung naturbelassener Biomasse enthaltenen wertvolle Pflanzennährstoffe und Bodenverbesserer wie K, P, Mg and Ca, weshalb ihre Ausbringung auf land- und forstwirtschaftliche Flächen zu einer Schließung der Mineralienkreisläufe erheblich beitragen kann. Andererseits können Aschen aus der Biomasseverbrennung auch erhöhte Schwermetallkonzentrationen aufweisen, weshalb einer Fraktionierung in nährstoffreiche und schwermetallarme Aschen (Rostaschen und Zyklonflugaschen), die sich für eine Nutzung in der Land- und Forstwirtschaft eignen, sowie schwermetallreiche Fraktionen (Filteraschen), die deponiert werden müssen, von großer Bedeutung ist.

  • Die Schwermetallkonzentrationen nehmen für fast alle umweltrelevanten Elemente (Zn, Pb, Cd, Hg) mit der Feinheit der Aschenfraktionen deutlich zu.
  • Cadmium (Cd) und an zweiter Stelle Zink (Zn) stellen die wesentlichen Problemschwermetalle in Aschen aus Biomassefeuerungen dar. In der Feinstflugasche, die meist nur rund 5 bis 10% der Gesamtasche ausmacht, werden nach dem derzeitigen Stand der Technik durchschnittlich 35 bis 65% der gesamten mit dem Brennstoff zugeführten Cadmium-Menge gebunden; beim Zink sind es rund 35 bis 55%.
  • In der gemischten Grob- und Zyklonasche sind durchschnittlich rund 80 bis 95 % der gesamten durch den Brennstoff zugeführten Menge der Pflanzenhauptnährstoffe (Ca, Mg, K, P) enthalten.

Vor dem Hintergrund dieser Grundsätze lassen sich daraus für Österreich folgende Schlussfolgerungen für die Verwertung von Pflanzenaschen (aus der Verbrennung naturbelassener Biomasse) auf land- und forstwirtschaftliche Flächen ableiten:

  • Grobasche oder eine Mischung aus Grobasche und grober Flugasche im heizwerksspezifischen Mengenverhältnis sollte zur weitgehenden Schließung des Mineralien- bzw. Nährstoffkreislaufes auf Forst- bzw. Agrarflächen zurückgeführt werden. Die ausschließliche Nutzung der Grobasche hat den Vorteil, dass die Schwermetallfrachten gering gehalten werden können. Allerdings können so nur 40 bis 60 Gew% der in der Gesamtasche enthaltenen Nährstoffe wieder dem Boden rückgeführt werden. Die Nutzung einer Mischung aus Grobasche und grober Flugasche bringt den Vorteil, dass eine größere Aschemenge verwertet und somit mehr Nährstoffe dem Boden zugeführt werden können. Gleichzeitig steigen aber auch die Schwermetallkonzentrationen in der verwerteten Asche an. Nachdem bei der Verbrennung von Stroh, Ganzpflanzen und anderen halmgutartigen Brennstoffen Asche mit hohen Nährstoff- und niedrigen Schwermetallgehalten entsteht (im Vergleich zu holzartigen Brennstoffen), sollte in diesem Fall jedenfalls eine Mischung aus Grobasche und grober Flugasche kreislaufwirtschaftlich verwertet werden.
  • Wenn möglich, sollte die Asche auf den Boden rückgeführt werden, von dem auch der Brennstoff stammt (d.h. Ausbringung von Holzasche im Wald und Ausbringung von Stroh- und Ganzpflanzenasche auf landwirtschaftlichen Böden).
  • Die Feinflugasche (bzw. Kondensatschlamm), die die kleinste und schwermetallreichste Aschenfraktion darstellt, ist zu deponieren oder, wenn möglich, industriell zu verwerten.
  • Der Trennschnitt zwischen Multizyklon und Feinstaubabscheider ist der ökologisch effizienteste. Dies bedeutet aber, dass Biomasseheizwerke möglichst mit einer Feinstaubabscheidung auszustatten sind und diese dem Multizyklon nachgeschaltet werden sollte, um eine separate Sammlung der verschiedenen Flugaschenfraktionen zu ermöglichen.
    • Nur Asche aus der Verbrennung von naturbelassener Biomasse darf für Dünge- und bodenverbessernde Maßnahmen verwendet werden. Aschen aus der Verbrennung von Altholz oder chemisch behandelter Biomasse dürfen aufgrund der hohen Schwermetallgehalte nicht als Dünger verwendet werden.
  • In den späten 1990er Jahren wurden auf Basis von 4-jähringen Ausbringungsversuchen vom Fachbeirat für Bodenfruchtbarkeit und Bodenschutz des Österreichischen Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Richtlinien für den fachgerechten Einsatz von Pflanzenaschen auf land- und forstwirtschaftlichen Flächen erlassen. In den Richtlinien sind Grenzwerte für Schwermetallkonzentrationen, maximale Aufbringungsmengen (in Abhängigkeit vom Schwermetallgehalt der Asche), allgemeine Rahmenbedingungen sowie Empfehlungen für eine sachgerechte Nutzung von Pflanzenaschen enthalten.

Um eine problemlose Verwertung sicherzustellen, muss die bei der Verbrennung anfallende Pflanzenasche dem Landwirt in geeigneter Form zur Verfügung gestellt werden. Das heißt konkret (für eine Aschenutzung in Österreich):

  • Mischung der verwertbaren Aschefraktionen im richtigen Verhältnis (falls Mischung erfolgt).
  • Möglichst staubfreie Aschenmanipulation.
  • Ausreichende Dimensionierung des Aschelagers im Heiz(kraft)werk (Verwertungszeitraum Frühjahr/Sommer à entsprechend große Lagerkapazitäten notwendig).
  • Bereitstellung der Asche in einem streufähigen Zustand (d.h. frei von Schlacken- und Steinanteilen mit Korngrößen über 1,5 bis 2,0 cm) à Aufbereitung (Siebung) notwendig.
  • Auswahl der entsprechenden Transportvariante (Bigbags, Silowagen etc.).
  • Entscheidung zwischen direkter oder indirekter Aschenverwertung.

Bei einer Nutzung in der Land- und Forstwirtschaft kann grundsätzlich zwischen einer direkten und einer indirekten Ausbringung von Pflanzenaschen (z. B. zur Verwendung als Zuschlagstoff in der landwirtschaftlichen Kompostierung) unterschieden werden.

Für eine Ausbringung der Aschen auf Acker- und Grünland erscheinen die normalerweise für Kalkungen verwendeten Düngerstreuer mit Staubschürzen geeignet; sie ermöglichen eine kostengünstige, zeitsparende, gleichmäßige und weitgehend staubfreie Aschenverteilung. Von den Düngerstreuern ohne Staubschutz ist nur der Schneckenstreuer für Pflanzenasche gut geeignet; er arbeitet auch bei feuchter klumpenbildender Asche problemlos und sehr gleichmäßig, da durch die Förderschnecken verfestigte Aschenbrocken wieder zerrieben werden.

Die Aschenausbringung im Wald ist aufgrund der meist eingeschränkten Zugänglichkeit deutlich schwieriger. Verblasegeräte können von Forststraßen aus eingesetzt werden und erzielen aber im horizontalen Gelände nur Streuweiten von bis zu 50 m. Die Staubentwicklung bei der Ausbringung mit Verblasegeräten ist allerdings sehr hoch, sodass ein Einsatz in der Nähe von Wohngebieten nicht möglich ist. Eine Alternative, vor allem bei schwer zugänglichem Gelände, stellt die Aschenausbringung mittels Helikopter dar.

Neben der richtigen Ausbringungstechnik ist eine entsprechende Lager- und Transportlogistik eine weitere wichtige Voraussetzung für eine effiziente und wirtschaftlich sinnvolle Aschenausbringung. So sollten die Wege vom Lagerplatz bis zur Ausbringungsfläche möglichst gering gehalten werden, um lange Anfahrzeiten mit den Ausbringungsgeräten zu vermeiden. Bei der Festlegung der Lagerkapazitäten ist weiters darauf zu achten, dass die hauptsächlich im Winter anfallende Asche erst Ende Frühjahr/Anfang Sommer ausgebracht werden kann, da eine frühere Ausbringung meist nicht erlaubt ist.

Neben den Aspekten der Aschelogistik sind aufgrund der in Österreich geltenden Richtlinien noch folgende Punkte bei einer direkten Ascheausbringung zu berücksichtigen:

  • Analyse der chemischen Zusammensetzung der Aschen vor der ersten Ausbringung und Wiederholung der Analyse in regelmäßigen Abständen.
  • Die maximale Aschenmenge, die pro ha ausgebracht werden darf, muss berücksichtigt werden. Die Schwermetallgrenzfrachten für Acker- und Grünlandflächen ergeben sich bei Erreichung eines oder mehrerer Schwermetallgrenzwerte (maximale Ausbringungsmengen von 1 t/ha pro Jahr für Ackerflächen bzw. 750 kg/ha pro Jahr für Grünlandflächen) à liegen die Schwermetallgehalte aller Schwermetalle unterhalb der Grenzwerte, sind größere Aufbringungsmengen möglich). Die Ausbringungsmengen im Forst sind auf der Basis des limitierenden Schwermetalls Cadmium errechnet (maximale Aufbringungsmenge von 2 t/ha in 30 bzw. 3 t/ha in 50 Jahren) à somit wird gewährleistet, dass der Schwermetalleintrag in das Ökosystem Wald durch eine Aschenrückführung den Entzug durch die Holzernte für Cadmium nicht übersteigt und für alle anderen Schwermetalle diesen unterschreitet bzw. unerheblich bleibt.
  • Auswahl der geeigneten Ausbringungszeit.
  • Berücksichtigung von Ausbringungsverboten (z.B. Naturschutzgebiete etc.).
  • Auswahl von geeigneten Flächen für die Ausbringung von Aschen (z.B. Böden mit einen niedrigen pH-Wert und/oder hohem Stickstoff-Gehalt) und Berücksichtigung von generellen Düngerichtlinien (z.B. Anpassung der Ausbringungsmengen an den tatsächlichen Nährstoffbedarf der zu düngenden Pflanzen) → im Hinblick auf die weitgehende Schließung des Mineralienkreislaufs ist eine Rückführung der Aschen auf jene Flächen, auf denen der Brennstoff geerntet worden ist, am sinnvollsten, da dem Boden somit alle Nährstoffe (außer Stickstoff), die ihm durch die Ernte entzogen wurden, wieder zugeführt werden. Da ein derartiger Ansatz in der Praxis aber nicht immer umsetzbar ist, können z.B. Holzaschen selbstverständlich auch auf landwirtschaftlichen Böden aufgebracht werden.

Pflanzenasche kann auch als Zusatzstoff in der landwirtschaftlichen Kompostierung eingesetzt werden. Eine "Mit"-Kompostierung hat gegenüber einer Direktausbringung folgende Vorteil:

  • Keine Probleme mit Staubbelastung.
  • Keine Aufbereitung der Asche notwendig, da Schlacken- und Steinanteile in der Asche wenig stören, da sie während des Kompostiervorganges durch das Umsetzen der Miete zerkleinert bzw. aussortiert werden.
  • Die Zugabe von Asche kann die Rottezeit verkürzen und die Struktur der Komposts verbessern.
  • Durch die Zugabe zum Kompost wird der pH-Wert der Aschen reduziert (durch Karbonatisierung).

Auf Basis der derzeit in Österreich geltenden Kompostverordnung dürfen nicht mehr als maximal 2 Gew% Pflanzenasche (bezogen auf die Frischsubstanz der zu kompostierenden Stoffe) beigemischt werden
Neben der land- und forstwirtschaftlichen Nutzung können Biomasseaschen prinzipiell auch im Wegebau, Landschaftsbau oder auch zum Beispiel in der Zementindustrie verwertet werden. Derzeit fehlen in Österreich dazu aber entsprechende technische und rechtliche Rahmenbedingungen, sodass mit Ausnahme der Nutzung in der Zementindustrie die Verwertungsschienen in Österreich derzeit nicht umsetzbar sind. Die folgende Abbildung gibt einen Überblick über die Möglichkeiten zur Nutzung von Pflanzenaschen.

Die Übersicht zeigt, dass in nahezu allen Bereichen der Pflanzenaschennutzung großer Handlungsbedarf besteht, bestehende Verwertungswege zu optimieren und neue Verwertungsmöglichkeiten zu entwickeln.

BIOS beschäftigt sich seit seiner Firmengründung schwerpunktmäßig mit der nachhaltigen Nutzung von Biomasseaschen und arbeitet seither intensiv an der Verbesserung und Erweiterung der Aschenutzungsmöglichkeiten. Das dabei aufgebaute Know-how garantiert die erfolgreiche Abwicklung von F+E- und Realisierungsprojekten zu diesem Themenschwerpunkt.


Nachhaltige Nutzung von Biomasseaschen
Ascheausbringung im Forst