Technische Verfahren und die ökologische Zusammenhänge beim Biomasseheizkraftwerk in Wittgenstein

INHALTSVERZEICHNIS

1. Projektübersicht und Entwicklung der Fragestellung

2. Verfahren der Brennholzverarbeitung
2.1 Restholzgewinnung in heimischen Wäldern
2.1.1 Resthölzer und deren Gewinnung
2.1.2 Verarbeitung zu Hackschnitzeln
2.1.3 Perspektiven
2.2 Energetische Nutzung im Biomasseheizkraftwerk
2.2.1 Lagerung
2.2.2 Energieerzeugung
2.2.3 Rauchgas- und Aschereinigung
2.2.4 Kraft-Wärme-Kopplung

3. Ökologische Zusammenhänge und Konsequenzen
3.1 Ausgeglichene CO2-Bilanz als Beitrag zum Klimaschutz
3.1.1 Der CO2-Kreislauf
3.1.2 Klimawandel
3.2 Potentielle Konsequenzen für das Ökosystem Wald
3.2.1 Ganzbaumnutzung
3.2.2 Routinemäßige Restholznutzung

4. Zusammenfassung der Ergebnisse

5. Anhang

6. Literaturverzeichnis

Angesichts des Treibhauseffektes und der allgemeinen Erderwärmung, die im Zusammenhang mit dem Ausstoß von Kohlenstoffdioxid bei der Verbrennung fossiler Energierohstoffe wie Kohle oder Erdöl stehen, erscheint ein Biomasseheizkraftwerk, wie das in Schameder (Siegen-Wittgenstein), mit einer Einsparung von 48.000 Tonnen CO² pro Jahr, auf den ersten Blick als ein ökonomisch, vor allem aber auch ökologisch sinnvolles Prinzip. Aber ist es das auch? Kann die Region des Sauer- und Siegerlandes überhaupt allein den jährlichen Bedarf von circa 80.000 Tonnen Frischholz, zuzüglich des Verbrauchs des geplanten Brikettwerks, decken? Oder werden durch die Übernutzung der heimischen Wälder sowie die insgesamt

10.000 Hektar umfassenden und deutschlandweit zur Versorgung der Kraftwerke angelegten Plantagen neue Probleme aufgeworfen?

Facharbeit im Grundkurs Physik Von Paul Scholz

Johannes-Althusius-Gymnasium Bad Berleburg 2008/09

1. PROJEKTÜBERSICHT UND ENTWICKLUNG DER FRAGESTELLUNG

Für meine Wahl des Themas „Die technischen Verfahren und die ökologischen Zusammenhänge beim Biomasseheizkraftwerk Schameder“ liegen verschiedene Ursachen und Interessen zugrunde.

Am wichtigsten und plausibelsten erscheint mir der regionale Bezug zum Projekt. Das Terrain für das von der RWE Innogy Cogen GmbH errichtete Frischholzkraftwerk ist in Schameder, im zukunftsambitionierten Industriepark Wittgenstein, in der Nähe meiner Heimat Wingeshausen gelegen. Dieser Standort wurde ausgewählt, da es sich beim Kreis Siegen-Wittgenstein mit 73.545 Hektar Waldfläche, was 65 Prozent der Ge- samtfläche entspricht, um die waldreichste Region Deutschlands handelt.¹ Das Land Nordrhein-Westfalen weist im Vergleich dazu mit 915.800 Hektar insgesamt lediglich 25,2 Prozent Waldfläche auf.²

Gerade vor dem Hintergrund des Sturms Kyrill im Januar des Jahres 2007, der mit 15 Millionen umgestürzten Festmetern Holz speziell in Südwestfalen große Schäden verursacht hat, erscheint mir eine nähere Untersuchung des Vorhabens sinnvoll und nicht minder spannend.³ Die standortbezogenen Voraussetzungen, wie der Waldreich- tum, werden auch bei der Planung der weiteren neun Kraftwerke, die „bis zum Jahr 2020“ von RWE in Nordrhein-Westfalen gebaut sein sollen, als Maßstäbe angelegt.⁴ Die optimalen topographischen Standortcharakteristika im Zusammenspiel mit einem großen Angebot qualifizierter Arbeitskräfte, welche in der Industrieregion Siegen- Wittgenstein zweifelsohne zu finden sind, hat die Verantwortlichen von RWE dazu bewogen, in Wittgenstein ein Vorzeigeexemplar für ein auf Frischholzverarbeitung und Kraft-Wärme-Kopplung basierendes Biomasseheizkraftwerk zu bauen und damit gleichzeitig 25 Millionen Euro in die Region zu investieren.⁵

Für mich ist es interessant zu erfahren, welche Veränderungen und Neuerungen die- ses Projekt in Bezug auf die Region mit sich bringt. Es besteht für den Standort und den Kreis Siegen-Wittgenstein die einmalige Chance aus dem Marktvorsprung und der Vor- reiterrolle in dem Bereich energietechnischer Holznutzung, bedingt durch das Vorhaben in Schameder, eigenen Gewinn zu schlagen. Hinzu kommt noch die Aktualität des Themas; denn Holz ist ein regenerativer, also nachwachsender und klimaneutraler Energieträger, auf den sich auch zukünftig das Augenmerk unserer energiehungrigen Gesell- schaft richten wird. Die regenerativen Energiekonzepte, über ganz Deutschland verteilt, tragen dazu bei, unser Land unabhängiger von ausländischen, zunehmend knapperen Ressourcen wie Erdöl oder Erdgas und unzuverlässigen Magnaten zu machen.

Mit dem Kraftwerk in Schameder wird eine nicht unerhebliche Menge Energie er- zeugt. Sie wird während Leistungsspitzen zum einen in Form von acht Megawatt Strom in das regionale Elektrizitätsnetz eingespeist, zum anderen werden aber auch 30 Mega- watt thermische Energie aus der Verbrennung gewonnen.⁶ Möglich ist dies durch das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung, das die entstandene Wärme doppelt nutzt.

„Aufgrund der kombinierten Erzeugung von Strom und Dampf gelten sie als besonders energieeffizient.“⁷

Der gewonnene Strom, 43.000 Megawattstunden im Jahr, reicht aus um 15.000 Haus- halte, also ganz Wittgenstein, mit elektrischer Energie zu versorgen.⁸ Die gewonnene thermische Energie wird direkt an ein auf dem unmittelbaren Nachbargrundstück noch anzusiedelndes Unternehmen aus der Holzbrikettherstellungsbranche geliefert. Nach derzeitigem Stand ist RWE selbst an einem Erwerb des Grundstücks interessiert, um auf diesem Weg das firmeneigene Tochterunternehmen „Rheinbraun“ an das Biomasse- heizkraftwerk zu binden.⁹ Wichtig ist dies aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, denn oh- ne einen verlässlichen Abnehmer für die erzeugte thermische Energie ist ein Kraftwerk dieser Art für den Betreiber weniger rentabel.

Angesichts des Treibhauseffektes und der allgemeinen Erderwärmung, die im Zu- sammenhang mit dem Ausstoß von Kohlenstoffdioxid bei der Verbrennung fossiler Energierohstoffe wie Kohle oder Erdöl stehen, erscheint ein Biomasseheizkraftwerk, wie das in Schameder, mit einer Einsparung von 48.000 Tonnen CO2 pro Jahr, auf den ersten Blick als ein ökonomisch, vor allem aber auch ökologisch sinnvolles Prinzip.¹⁰ Aber ist es das auch? Kann die Region des Sauer- und Siegerlandes überhaupt allein den jährlichen Bedarf von circa 80.000 Tonnen Frischholz, zuzüglich des Verbrauchs des geplanten Brikettwerks, decken?¹¹ Oder werden durch die Übernutzung der heimischen Wälder sowie die insgesamt 10.000 Hektar umfassenden und deutschlandweit zur Versorgung der Kraftwerke angelegten Plantagen neue Probleme aufgeworfen?¹²

Von der Beschäftigung mit diesem Thema, durch Beobachtungen aus unterschiedlichen Blickwinkeln und Beurteilungen der Pläne unter vielfältigen Gesichtspunkten, erhoffe ich mir tiefergehende Erkenntnisse zu den ökologischen Zusammenhängen um die Holzernte und den möglichen Konsequenzen für unser Ökosystem Wald. Des Weiteren möchte ich die Auswirkungen auf die lokale Wirtschaft ergründen und die Vorund Nachteile für Wittgenstein herausarbeiten.

Die Arbeit an dem von mir ausgewählten fächerübergreifenden Thema wird mir sicherlich Freude bereiten. Es entspricht meinen persönlichen Interessen und beinhaltet die Möglichkeit zur Untersuchung eines zukunftsweisenden Konzeptes in Wittgenstein.

2. VERFAHREN DER BRENNHOLZVERARBEITUNG

Die eingesetzten Verfahren der Brennholzverarbeitung lassen sich im Wesentlichen in zwei große Teilbereiche gliedern. Am Anfang stehen die Beschaffung des Brennstoffs aus den Wäldern der Region, die Verarbeitung zum nutzbaren Energierohstoff und der Transport zum Zielort. Nach der Lagerung wird durch Verbrennung elektrische und thermische Energie in Form von Strom und Dampf erzeugt, eingespeist und genutzt. Aber auch die Reinigung von Rauch und Asche und deren Verwendung muss berück- sichtigt werden.

2.1 RESTHOLZGEWINNUNG IN HEIMISCHEN WÄLDERN

2.1.1 RESTHÖLZER UND DEREN GEWINNUNG

Um die für das Kraftwerk nötige Biomasse aufbringen zu können werden vor allem Waldresthölzer, insbesondere Kronenmaterial, Reisig und bei der Räumung von Sturmflächen auch zunehmend Baumwurzeln sowie Holz aus der Landschaftspflege, wie zum Beispiel Straßen- und Flussbegleitgrün oder Heckenschnitt, verwendet.

Der weitaus überwiegende Teil der in Zukunft energetisch verarbeiteten Biomasse, das Waldrestholz, blieb in der Vergangenheit wirtschaftlich weitgehend ungenutzt. Es wurde im Wald zurückgelassen, da es keine potentiellen Abnehmer fand und außerdem eine düngende Funktion hat. Dazu kommt noch, dass eine Bergung des Restholzes mit konventionellen Mitteln bisher nicht rentabel erschien. Nicht unerheblich ist jedenfalls der Anteil des in der Vergangenheit im Wald zurückgelassenen Restholzes von 60 Prozent am gesamten Baum, welcher mit zunehmender Automatisierung der Holzernte und Restholznutzung auf gerade einmal 30 Prozent halbiert wird.¹³ Ohne gesetzliche Bestimmungen, die das Verbleiben eines gewissen Anteils Restholz im Wald sichern, würde dieser Wert vermutlich sogar noch weiter unterschritten.

Mit Biomasseheizkraftwerken findet sich neuerdings ein Abnehmer für den bishe- rigen Ladenhüter Forstbiomasse. Vollerntemaschinen und Mobilhacker, die bisher eher in Skandinavien zum Einsatz kamen, halten in Deutschland zunehmend Einzug und ma- ximieren die Wirtschaftlichkeit des Waldes für alle Beteiligten. Die 15 Tonnen schwer- en Maschinen, die „zehn bis zwölf Waldarbeiter“ ersetzen, trugen dazu bei, dass die Zahl der Waldarbeiter in Deutschland allein im Zeitraum „zwischen […] 1992 und 1999 von 25.664 auf 14.874“ gesunken ist.¹⁴ Waldbesitzer bekommen bei einer Flächen- räumung, nach einem Sturm wie Kyrill, einen Euro pro Tonne Forstbiomasse von RWE.¹⁵ Das würde ungefähr 50 Euro pro Hektar Waldfläche entsprechen.¹⁶ Dies ist kein extrem hoher Betrag. In Anbetracht der Tatsache, dass dieser Dienst in der Vergan- genheit bezahlt werden musste, für Waldbesitzer aber ein signifikanter wirtschaftlicher Fortschritt im ertragsarmen Geschäft mit dem Wald. Ein weiterer positiver Effekt für Waldeigner ist, dass eine größere Nachfrage bei den Kraftwerksbetreibern nach Holz al- ler Art die Preise für den regenerativen Rohstoff explodieren lässt. Aber auch auf Seiten privater Haushalte, die in der jüngeren Vergangenheit sowohl die Romantik als auch die Rentabilität eines Holzfeuers wiederentdeckt haben, ist der Bedarf gestiegen. „Man- cherorts verdoppeln sich die Preise innerhalb eines Jahres“ aufgrund der großen Kon- kurrenz der potentiellen Abnehmer und der allgemeinen Nachfragesteigerung am Holz- markt.¹⁷

Außerdem nimmt nicht RWE selbst die Beschaffung des Restholzes vor, sondern beauftragt heimische Unternehmen und Privatleute mit der Räumung und dem Transport. Gerade dieser Umstand trägt zum wirtschaftlichen Profit regionaler Betriebe bei, sichert bestehende und schafft neue Arbeitsplätze in der Region.

2.1.2 VERARBEITUNG ZU HACKSCHNITZELN

Die Resthölzer lagern zunächst rund ein Jahr zur Trocknung im Wald.¹⁸ Danach werden sie von Maschinen entweder sofort zu Holzhackschnitzeln verarbeitet und ins Kraftwerk gebracht oder aber mittels spezieller Bündelmaschinen zu drei Meter langen und im Durchmesser ein Meter breiten Rollen geschnürt und am Waldrand gelagert.¹⁹ In diesem Fall erfolgt später die Verarbeitung zu Hackschnitzeln, dem sich der Transport zur Versorgung des Kraftwerks anschließt. Die angesprochenen Hackmaschinen sind in der Lage Baumstämme mit Durchmessern von bis zu „45 Zentimetern“ zu zerhacken.²⁰ So können in kurzer Zeit große Mengen verschiedenster Hölzer durch die mobilen Ma- schinen zu Hackschnitzeln verarbeitet werden. Bemerkenswert ist, dass der Energie- aufwand für Transport und Zerkleinerung der Hackschnitzel lediglich bei ein bis drei Prozent des Heizwerts liegt.²¹ Im Vergleich dazu hat Heizöl einen Beschaffungsenergieaufwand von nicht weniger als zehn Prozent.²² Das Heizen mit Holz allgemein beugt also nicht nur einer Anreicherung von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre vor, sondern spart gleichzeitig bei Transport und Herstellung große Mengen Energie ein.

2.1.3 PERSPEKTIVEN

In der Zeit nach dem von Kyrill verursachten Überangebot an Rest- und Bruchholz soll der jährliche Bedarf an Biomasse vor allem durch Holz aus der routinemäßigen Holz- ernte gedeckt werden. Dazu werden insbesondere die Wälder im Umkreis von 30 bis 50 Kilometern um den Standort des Kraftwerks ins Visier genommen.²³ Außerdem sind über ganz Deutschland verteilt Plantagen zur Sicherung des Biomassebedarfs geplant. Insgesamt ist eine Fläche von 10.000 Hektar veranschlagt, die von der „renommierte[n] Forstbaumschule P&P mit Sitz in Eitelborn“ angelegt wird.²⁴ Auf diesen, ausschließ- lich für die schnelle Biomasseproduktion kultivierten Flächen, sollen vorzugsweise schnellwüchsige Robinien-, Pappel- und Weidenarten angepflanzt werden, die schon nach einer geringen Wachstumsphase von nicht mehr als „drei bis fünf Jahren“ abge- erntet werden.²⁵ Allein im Jahr 2009 liefert die beauftragte Baumschule „13 Millionen“ Stecklinge.²⁶ Unter der Maxime der größtmöglichen Biomasseproduktion könnte selbst vor der genetischen Veränderung der Pflanzen nicht haltgemacht werden.²⁷

Ausgleichend für den Bau der Kraftwerke hat sich der Landesminister für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Eckhard Uhlenberg, stellvertretend für das Bundesland Nordrhein-Westfalen dazu verpflichtet, „das Unternehmen bei der Beschaffung der nötigen Holzmengen zu unterstützen“.²⁸ Die neu angelegten Holzplantagen sollen zukünftig mit einem Ertrag von „10 Tonnen Trockenmasse Holz pro Hektar und Jahr“ zur Versorgung der Kraftwerke beitragen und stellen erst das Fundament der Kultivierungsinitiative dar.²⁹

„Dieses Modell, das wir kurzfristig in Deutschland umsetzen, ist für uns nur die Ausgangsbasis für den Ausbau unserer Biomasseaktivitäten im europäischen Ausland. Überall da, wo es sich anbietet, werden wir weitere Energieholzplantagen anlegen.“³⁰

[...]

¹ vgl. Kommunalprofil Kreis Siegen-Wittgenstein 2006

² vgl. Landesbetrieb Wald und Holz Nordrhein-Westfalen

³ vgl. Neue Rhein Zeitung: Aufräumen im Akkord

⁴ RWE Innogy Pressemitteilung: RWE legt Energieholzplantagen an

⁵ vgl. RWE Energy Pressemitteilung: Restholz wird zu Strom

⁶ vgl. Wirtschaft Regional Online: Grundstein für Biomasse-Heizkraftwerk gelegt

⁷ RWE Innogy Pressemitteilung: RWE legt Energieholzplantagen an

⁸ Heinz Vinkenflügel von der RWE Cogen Innogy GmbH (31.03.2009)

⁹ Siegerländer Wochen- und Sonntagsanzeiger: RWE ist fündig geworden

¹⁰ vgl. Wirtschaft Regional Online: Grundstein für Biomasse-Heizkraftwerk gelegt (errechnet aus angegebenem Wert)

¹¹ vgl. Spiegel: Raubbau fürs Klima

¹² vgl. dpa: RWE plant zehn Biomassekraftwerke sowie Holzplantagen

¹³ vgl. Wohlleben, P.: Holzrausch S.53

¹⁴ Wohlleben, P.: Holzrausch, S.48

¹⁵ vgl. Forst &Technik: Strom und Wärme aus dem Wald

¹⁶ vgl. ebd.

¹⁷ Wohlleben, P.: Holzrausch, S. 69

¹⁸ vgl. ebd. S.52

¹⁹ eigene Recherche (Gleidorf bei Schmallenberg 28.12.2008)

²⁰ Zweckverband Region Wittgenstein: Wärme aus Holz, S.24

²¹ vgl. Zweckverband Region Wittgenstein: Wärme aus Holz, S.25

²² vgl. Zweckverband Region Wittgenstein: Wärme aus Holz, S.25

²³ vgl. RWE Energy Pressemitteilung: Restholz wird zu Strom

²⁴ RWE Innogy Pressemitteilung: RWE legt Energieholzplantagen an

²⁵ Frankfurter Allgemeine Zeitung: 13 Millionen Bäumchen zur Energiegewinnung

²⁶ ebd.

²⁷ vgl. Wohlleben, P.: Der Holzrausch, S.60

²⁸ Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen: Restholz wird zu Strom - Pilotprojekt des Landes und der RWE

²⁹ RWE Innogy Pressemitteilung : RWE legt Energieholzplantagen an

³⁰ Vahrenholt, F., Vorsitzender der Geschäftsführung RWE Innogy [Zitat aus: RWE Innogy Pressemitteilung: RWE legt Energieholzplantagen an]