Pressen statt Föhnen: Die Hackschnitzelquetsche

Effiziente mechanische Trocknung im industriellen Dauerbetrieb:
innovativ, wirtschaftlich, robust

GEWONNEN!!!-

Sieger des Innovationspreises Baden-Württemberg

Technik und Funktionsweise

Anwendungsbeispiel Lettland

Hackschnitzel: Rohstoff und Entsorgungsproblem in Einem

Woher kommen die Hackschnitzel?

In jedem Sägewerk Europas entstehen in großem Stil Hackschnitzel. Sie sind, genauso wie Sägemehl, eine Nebenprodukt von Sägewerken. Der Baumstamm wird im Sägewerk durch große Fräsköpfe, sogenannte Profilspaner, in eine erste eckige Standardform gebracht, die dann mit Kreissägen aufgesägt wird. Dabei werden mehr als 30% des Holzvolumens zu Hackschnitzeln und Sägemehl zerspant. Ein großes Sägewerk mit einer Jahresproduktion von 1 Mio. Tonnen erzeugt täglich etwa 50 LKW-Ladungen pro Tag. Ein LKW fasst etwa 80 – 100 Schüttraummeter (äquivalent zu Kubikmetern). Das bedeutet: bis zu 5000 Kubikmeter Hackschnitzel pro Tag, etwa 1500 Tonnen, die sinnvoll weiterverarbeitet werden müssen.

Holzhackschnitzel werden als Rohstoff bei der Spanplatten- und Spanklotzherstellung genutzt oder aber in der Papier- und Zellstoffindustrie und als biogener und erneuerbarer Brennstoff eingesetzt. Die geschieht teils in direkter Verbrennung in mittleren und großen Anlagen, teils durch die Weiterverarbeitung zu Holzpellets als hochwertiger Brennstoff, der insbesondere auch für Feuerungsanlagen von Privathaushalten geeignet ist.

Wieso ist Trocknung notwendig?

Bei erntefrischem Nadelholz besteht etwa die Hälfte des Gewichtes aus Wasser. Dieses Wasser beeinträchtigt die Lagerfähigkeit (Fäulnis, Schimmelbildung) und verringert den Heizwert.

Für eine Weiterverarbeitung zu Spanplatten oder Pellets ist ein fast vollständig trockener Holzrohstoff erforderlich. Dabei ist eine technische Trocknung unumgänglich, meist durch große, kontinuierlich betriebene Bandtrockner. Dort durchlaufen die Hackschnitzel einen heißen Luftstrom auf einem luftdurchlässigen Förderband. Bei besonders nassen Hackschnitzeln läuft das Band langsamer, bei vorgetrockneten schneller. Die Heißluft wird in der Praxis häufig mit Erdgas erzeugt, je nach Verfügbarkeit auch mit Hilfe von vor Ort verfügbarer Prozesswärme.

Auch für die Verbrennung sollen die Hackschnitzel einen gewissen Trocknungsgrad aufweisen, um eine optimale Verbrennung zu erreichen. Bei sehr feuchten Hackschnitzeln wird ein unnötig großer Teil der Wärmeenergie allein für die Verdampfung des Wassers verbraucht. Deshalb wird auch bei Anlagen zur Hackschnitzelverfeuerung fast immer ein Trocknungsprozess vorgeschaltet. Oft erfolgt die Trocknung durch längere Lagerung der Hackschnitzel, wobei sich durch mikrobielle Aktivität der aufgeschüttete Haufen erwärmt und trocknet. Diese Art der Trocknung hat allerdings einen deutlichen Heizwertverlust zur Folge.

Neu: die Mechanische Trocknung in einer Walzenpresse

Funktionsprinzip der Hackschnitzelquetsche

Wie beim Auswringen eines nassen Handtuchs das meiste Wasser durch mechanische Energie aus dem Gewebe entfernt wird, so kann durch die Walzenpresse mit sehr geringem Energieaufwand etwa die Hälfte des Wassers aus den Hackschnitzeln entfernt werden. Es ist dann bereits sehr gut als Brennstoff verwertbar.

Auch die vollständige Trocknung für die Spanplatten- oder Pelletproduktion wird deutlich erleichtert. Nach der mechanischen Pressung haben die Hackschnitzel eine sehr homogene Feuchte, auch sind sie durch die Pressung aufgebrochen und haben eine größere Oberfläche. Das gepresste Hackgut kann so leichter und effizienter auf dem Bandtrockner nachgetrocknet werden. Einmal gut eingestellt, liefert die Trocknung mit Heißluft immer dasselbe Ergebnis — anders als bei der normalen Trocknung, wo die angelieferten Hackschnitzel oft unterschiedlich feucht sind und dauernd nachgesteuert werden muss.

Alleinstellungsmerkmale der Hackschnitzelquetsche von Bohnert-Technik

Die Hackschnitzelquetsche ist das weltweit erste im industriellen Dauerbetrieb eingesetzte Presssystem zur mechanischen Hackschnitzeltrocknung. Der aktuelle Prototyp arbeitet seit März 2016 in einem Schwarzwälder Sägewerk im Zweischicht-Dauerbetrieb.

Kernstück ist die patentierte Förderkette, die zwischen zwei großen Walzen durchgeführt wird. Die Kette liegt auf der unteren Walze auf und wird über Reibung angetrieben. Sie fördert das Hackgut in die Presszone. In der Presszone stellt sie einerseits eine fast geschlossene Pressfläche dar — die andere Seite ist die obere Presswalze. Gleichzeitig bietet die Kette eine optimale Entwässerung durch schmale Spalte zwischen den aufeinandergepackten Kettengliedern, so dass das Wasser direkt in der Presszone, also bei maximalem Druck, verschwinden kann. Das muss auch so sein, weil die gepressten Hackschnitzel bei der Entspannung zumindest einen Teil des Wassers sofort wieder aufsaugen würden. Die Walzen werden hydraulisch mit einer Presskraft von etwa 100 Tonnen auf einer Breite von 50cm zusammengepresst.

Die Kette wird nach dem Pressen mehrfach umgelenkt. Dabei öffnen sich die Spalte zwischen den Kettengliedern und die Kette reinigt sich selbst. Die Presse ist ausgelegt für 24/7-Betrieb. Die robuste Konstruktion vereint verschleißarmen Betrieb mit niedriger Antriebsleistung. Die aktuellen Prototypen haben inzwischen über 10.000 Betriebsstunden absolviert und weist keinerlei unvorhergesehene Verschleißerscheinungen auf.

Die Vorteile der Walzenpresse

Eine erste Energiebilanz

Mit etwa einer Kilowattstunde mechanischer Energie werden mehr als 70l Wasser aus dem Hackgut herausgepresst. Konventionelle Systeme mit der klassischen Heißlufttrocknung benötigen dafür 1,7 kWh elektrisch und 90 kWh thermisch¹

¹) Durchschnittswerte konventioneller Trocknungssysteme.
Quelle: Endbericht Forschungsprojekt InnoDry der Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg

Durch diese signifikante Verbesserung der Energiebilanz lassen sich erhebliche Einsparungen gegenüber den üblichen thermischen Trocknungsverfahren erzielen. Ein großer Anteil des freien, nicht in der Zellwand gebundenen Wassers wird mechanisch entfernt. Damit kann der gesamte Trocknungsprozess im Vergleich zu den üblichen thermischen Verfahren effizienter und wirtschaftlicher gestaltet werden. Dadurch ergibt sich ein weiteres Einsparpotential bei den Trocknungskosten.

Der LKW-Transport wird effizienter

Es gibt noch einen weiteren guten Grund für das Hackschnitzelquetschen direkt am Sägewerk: Wenn die Hälfte des Wassers direkt im Werk schon verschwindet, verschwindet auch ein Viertel des Gewichtes der Hackschnitzel — und zwar ein überflüssiges Viertel. Das spart sofort Transportkosten. In der Praxis bedeutet dies, dass die gängigen Großraum-LKWs mit gepresstem Hackgut voll beladen werden können. Bei naturfeuchten Hackschnitzeln können im Allgemeinen bis maximal 80% der Füllmenge beladen werden — danach droht Überladung. Nach bisherigen Erfahrungen entfallen zwischen 20% und 25% der Transportkosten beim Weitertransport.

Vorteile durch die Trennung von Brennstoff und Presswasser

Das anfallende Presswasser (ca. 1-2 m³/h) enthält Mineralstoffe und organische Anteile. Diese sind dann aus dem Holz ausgeschwemmt, was im Fall einer späteren Verbrennung wichtige Vorteile bringt: In den gequetschten Hackschnitzeln wird der Anteil an mineralischen Restbeständen deutlich gesenkt. Dadurch verringern sich die Aschemenge, besonders aber der Feinstaubanteil im Abgas. Die mit den gepressten Hackschnitzeln betriebenen Anlagen weisen einen erheblich verringerten Ascheanfall und minimale Ablagerungen im Brennraum auf.

Das Einsparpotential durch den verringerten Wasseranteil liegt bei der direkten Verbrennung bei etwa 10-12%, so die bisherigen Erfahrungen. Wird der verbesserte Anlagenwirkungsgrad berücksichtigt, kann eine Brennstoffeinsparung von erfahrungsgemäß 15-20% erzielt werden.

Das Presswasser wird bei den bisher betriebenen Anlagen in Absprache mit dem Klärwerksbetreiber in die Kanalisation eingeleitet. Eine Nutzung als Dünger in der Landwirtschaft ist ebenso denkbar wie die Rückführung der Inhaltsstoffe in den Stoffkreislauf des Waldes. Das Presswasser enthält Inhaltsstoffe, die bisher in dieser Form noch nicht zur Verfügung standen: Die durch den Pressvorgang extrahierten langkettigen organischen Verbindungen könnten ggf. für weitere Anwendungen in der Geschmacks- und Duftstoffindustrie von Nutzen sein.

Industrielle Anwendung

Ein Holzpressteile-Hersteller in Lettland

Die Firma Baltic Bloc im lettischen Madona, etwa 100km östlich von Riga, ist einer der großen Holzverarbeiter im Baltikum. Der wichtigste Exportartikel des Unternehmens sind Holzpressteile für Paletten. Auf dem Betriebsgelände wird die komplette Verarbeitungs-
strecke vom rohen Stamm bis zum versandfertigen Pressteil im 24h-Betrieb gefahren.

Die Produktion speist sich aus vor Ort gehacktem Material ebenso wie aus zugekauftem Hackgut und Sägespänen. Das Material ist oft von unterschiedlicher Konsistenz und auch von unterschiedlicher Größe. Eine weitere Herausforderung sind die winterlichen Frostperioden.

Um den Gesamtprozess in Bezug auf die Energiebilanz zu optimieren und gleichzeitig den Durchsatz deutlich zu erhöhen, wurden zwei Hackschnitzelpressen in den bestehenden Prozess integriert.

Frostperioden

Um einen stabilen Ganzjahresbetrieb sicherzustellen, wurde eine Tauanlage geliefert und integriert. Sie wird aus der Abwärme des firmeneigenen Biomassekraftwerks gespeist. Die Umspülung des (tief-)gefrorenen Hackguts im Gegenstromverfahren und die eingesetzten Förderschnecken haben sich im betrieblichen Alltag bewährt. Das Unternehmen kann jetzt rund ums Jahr das Hackgut mit minimalem Energieeinsatz trocknen . Der bestehende Bandtrockner sorgt nur noch für eine Resttrocknung. Dank der aufgebrochenen Holzstrukturen der Hackschnitzel und der damit besseren Resttrocknung ist auch die Homogenität des Materials beim Übergang in die nächste Verarbeitungsstufe, der Zermahlung, deutlich höher.

Weitere Projekte ähnlicher Art sind zurzeit in Deutschland und im Baltikum in Arbeit.

Technische Daten

Walzenbreite: 510 mm
Presskraft: 1000 kN
Pressdruck: 300–400 bar
Durchsatz: 20 -30 m³/h (Schüttraummeter)
Reduktion des Wassergehaltes: Ausgangsgehalt 52-63% auf Endgehalt 38 +/- 1 %
Gewicht des Aggregates: ca. 17 to. (ohne Zu- und Abführung)
Motorleistung: 2 x 22 kW
Typische Leistungsaufnahme im Dauerbetrieb: ca. 30 kW
Footprint des Aggregates: ca.3 x 4 m (ohne Zu- und Abführung)