Brennstoffe

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Brennstoffe (hier Heizstoffe) sind Stoffe, die durch einen natürlichen Zustand oder durch einen Veredelungsprozess zur Gewinnung von Wärmeenergie durch Verbrennung (Oxidation) geeignet sind. Sie setzen sich hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammensetzen. Man unterscheidet zwischen fossile Brennstoffe (Erdöl, Kohle, Erdgas) und nachwachsende Stoffe bzw. biogene Brennstoffe (Holz, "grüne Kohle", Biokraftstoffe, Biogas).
Der Heizwert bzw. Brennwert gibt die Qualität der Brennstoffe an. Dabei berücksichtigt der Brennwert die Nutzung der Kondensationswärme des im Rauchgas als Dampf enthaltenen Wassers (Brennwertnutzung). Nur bei absolut trockenen Brennstoffen, die keinen chemisch gebundenen Wasserstoff enthalten, sind Brennwert und Heizwert gleich.
Man unterscheidet
feste Brennstoffe
flüssige Brennstoffe
gasförmige Brennstoffe
Sekundärbrennstoffe (SBS) - Ersatzbrennstoffe (EBS)
  • Brennstoff aus Müll (BRAM)
  • Brennstoff aus produktionsspezifischen Gewerbeabfällen (BPG)
  • Substitutbrennstoff aus Siedlungsabfällen (SBS)
  • "grüne Kohle"
Kohle

Kohle besteht aus organischen gesteinsbildenden Komponenten (Mazerale), Mineralien und Wasser. Die organische Substanz besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff. Durch die Inkohlung (Karbonisierung von Pflanzenresten) wandelt sich Pflanzenmaterial in Jahrmillionen zu Torf über Braunkohle und Steinkohle zu Anthrazit um. Die Zusammensetzung unterscheidet sich von dem Abbaugebiet der Kohle und der Kohlenart.

Die Verwendung von Kohle als Brennstoff in Kleinfeuerungsanlagen ist in Deutschland nicht mehr von Bedeutung, aber in Kraftwerken wird Kohle immer noch eingesetzt. Weltweit ist die Kohleverbrennung eine der am meisten eingesetzten Techniken zur Erzeugung elektrischer Energie. Außerdem ist Kohle der Ausgangsstoff bei der Koks- und Graphitherstellung und der Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe. Der Heizwert einer Steinkohleeinheit (SKE [1 kg SKE = 29,3076 MJ = 8,141 kWh) dient als Vergleichsmaßstab für andere Brennstoffe.

Die wichtigsten Parameter von Kohle

  • Heizwert und Brennwert
  • Feuchtigkeit
  • Asche und Aschschmelzverhalten
  • Flüchtige Bestandteile
  • Schwefel (S)
  • Fester Kohlenstoff (C)
  • Mineralstoffgehalt (z, B. Chlor, Fluor)
  • andere Parameter, z. B. Körnung, Mahlbarkeit, Verkokungsvermögen
Einteilung der Kohlearten in der Reihenfolge der Inkohlungsgrade
Bezeichnung
  Wassergehalt   %
C Kohlenstoff* %
H Wasserstoff* %
 O Sauerstoff* %
Flüchtigen Bestandteile* %
Heizwert* MJ/kg
Heizwert* kWh/kg
Sumpf-Moor
-
-
-
-
-
-
-
Torf
15
-
-
-
80 -90
17,5
4,9
Braunkohle
45-60
65-75
8,0-5,5
30-12
45 - 65
8-25
2,2-6,9
Flammkohle
4-7
75-81
6,6-5,8
> 9,8
40 - 45
> 32
8,9
Gasflammkohle
3-6
81-85
5,8-5,6
9,8-7,3
35 - 40
ca.-34
9,4
Gaskohle
3-5
85-87,5
5,6-5,0
7,3-4,5
30 - 35
ca. 35
9,7
Fettkohle
2-4
87,5-89,5
5,0-4,5
4,5-3,2
20 - 30
ca. 36
10
Esskohle
2-4
89,5-90,5
4,5-4,0
3,2-2,8
14 - 20
ca. 36
10
Magerkohle
1-3
90,5-91,5
4,0-3,75
2,8-2,5
10 - 14
ca. 36
10
Steinkohlekoks
< 4
-
-
-
-
ca. 29
ca. 8
Braunkohlekoks
< 4
-
-
-
-
ca. 30
ca. 8,3
Anthrazit
ca. 2
> 91,5
< 3,75
< 2,0
< 12
ca. 35
9,7
*wasser- und aschefreie Substanz (waf); Außerdem kann Kohle auch ca. 0,8 % bis ca. 2 % Stickstoff und 0,2 % bis ca. 3 % Schwefel enthalten.
 
 
 Braunkohle
Die Braunkohle entsteht durch die Inkohlung von Pflanzenresten über das Torf-Stadium. In Deutschland entstand die Braunkohle in der Zeit vor 65 Millionen Jahren bis 2,6 Millionen Jahren. Es entsteht ein brennbares Gestein (fossiler Brennstoff), das im Gesatz zur schwarzen Steinkohle einen bräunlichen Farbton hat. In Abhängigkeit vom Inkohlungsgrad wird in Weich- und Hartbraunkohle (Matt- und Glanzbraunkohle) unterschieden. Die Braunkohle unterscheidet sich vom Torf u.a. durch den Rohwassergehalt (ca. 75 %) und enthält keine Zellulose. Der Unterschied zur Steinkohle liegt bei 10 % Wassergehalt (aschefrei) und 0,6 % Vitrinit-Reflexion (schwarz glänzendende Schichten). Dabei bildet die Glanzbraunkohle den Übergang zur Steinkohle, ist aber chemisch noch Braunkohle, petrographisch (gesteinskundlich) aber schon Steinkohle.

In Europa wird die Braunkohle ausschließlich im Tagebau gefördert. Dabei werden in der Natur sehr große Flächen von der Erdoberfläche abgetragen, die später Rekultiviert werden müssen. Die abgebaute Braunkohle wird gemahlen, getrocknet und heutzutage als Brennstoff (Wirbelschichtbraunkohle, Braunkohlenstaub) in Kraftwerken für die Stromerzeugung genutzt. Für den Hausbrand wird aber immer noch ein Teil der geförderten Braunkohle zu Briketts weiterverarbeitet.
Bestimmte Braunkohlesorten (hoher Anteil flüchtiger Bestandteile) werden in Kokereien zu Braunkohlenkoks verarbeitet. Dabei erhält man je nach der Temperatur des Verfahrens Schwel- oder Grudekoks, der im großtechnischem Umfang zur Filtration verwendet wird, wobei die Aktivkohle aus Holz ersetzt wird.

Bei der Verfeuerung von Braunkohle entsteht klimaveränderndes Kohlenstoffdioxid (CO2) und aufgrund des hohen Schwefelgehaltes Schwefelverbindungen (SO2 und SO3). Beide Rauchgasbestandteile können nur in Großanlagen abgeschieden werden. Nach der Abtrennung soll das Kohlenstoffdioxid in einer Erdgaslagerstätte unterirdisch eingelagert werden (CCS). Hier wird immer noch über bürgerakzeptierte, realisierbare CCS-Projekte geforscht und gestritten. Bei der Rauchgasentschwefelung (REA [Rauchgasentschwefelungsanlage]) fallen als Nebenprodukt große Mengen an Gips an, der vor allem von der Bauindustrie weiter verwendet wird.

 
 
Steinkohle

Steinkohle entsteht durch die Inkohlung von Pflanzenmaterial. Dicke Schichten aus abgestorbenen Pflanzen (Sümpfe) entsteht Torf und Braunkohle, die dann vor ca. 350 bis 250 Millionen Jahren überflutet und von große Mengen Sand und Geröll überlagert wurden. Durch den Druck der schweren Erdmassen wurde das Wasser aus den Torf- bzw. Braunkohleschichten gedrückt. Hohe Temperaturen und biochemische Prozesse führten dazu, dass aus der Braunkohle Steinkohle und später auch Anthrazit wurde.

Da die Schichten der abgestorbenen Pflanzenteile luftdicht verschlossen waren, entwickelten sich Gase (Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickoxide, Wasserstoff), die sich daher in der Kohle sammelten: Dieses "Grubengas" kann bei einer Konzentration zwischen fünf und 14 Prozent in der Luft explodieren. Im Bergbau wird das Gas abgesaugt und ist ein guter Energieträger und kann in Heizkraftwerken zu Strom und Wärme umgewandelt werden.
Die Steinkohle wird überwiegend als fester Brennstoff benutzt, heute hauptsächlich um elektrische Energie zu erzeugen. Ein großer Teil der Kohle wird auch zur Gewinnung von Steinkohlenkoks eingesetzt. Steinkohlenkoks wird als Brennstoff und als Reduktionsmittel bei der Eisenproduktion in Hochöfen eingesetzt. Auch die chemische Industrie gebraucht die Steinkohle als Rohstoff, weil der bei der Verkokung anfallende Steinkohlenteer weiterverarbeitet wird.
 
Anthrazit

Am Ende des Inkohlungsprozesses ist Anthrazit (Glanzkohle) über Jahrmillionen aus fossilen Ablagerungen und hohem Druck in großen Tiefen entstanden. Die Kohle hat einen sehr hohen Kohlenstoffgehalt (über 90 %) und die niedrigsten Werte an flüchtigen Bestandteilen (< 10 %). Durch den hohen Energiegehalt verbrennt Anthrazit mit einer heißen Flamme und fast rückstandsfrei.

Da Anthrazit mit einer heißen Flamme und fast rückstandsfrei brennt, wird sie auch heute noch in Kohleabbaugebieten in Heizungsanlagen mit speziellen Anthrazitkesseln verwendet.
Die Anthrazitkohle wird in verschiedenen Größen angeboten:

Nuß 2 55 – 35 mm Korngröße
Nuß 3 35 – 23 mm Korngröße
Nuß 4 23 – 16 mm Korngröße
Nuß 5 16 – 7 mm Korngröße

Die unterschiedlichen Korngrößen eignen sich für verschiedene Kessel bzw. Öfen. Die Entscheidung für die jeweilige Nußgrösse hängt von der Empfehlung des Herstellers des Heizkessels ab.
  • Grobe Körnung ( Nuß 2) eignet sich zur Wärmeerzeugung in Gussheizkesseln.
  • Mittlere Körnung (Nuß 3, Nuß 4) bewährt sich seit Jahrzehnten in Einzelöfen.
  • Feine Körnung ( Nuß 5) gehört in automatische Heizungsanlagen.
Auch als Kohlenstoffträger in metallurgischen Prozessen wird Anthrazit verwendet. So z. B. als Satzkohle gemeinsam mit Chargierschrott als Kohlenstoffträger und Energielieferant in der Stahlerzeugung oder als Einblaskohle (Schäumkohle), um in Lichtbogenöfen die Aufschäumung der Schlacke zu erreichen. Kontrollierte Schaumschlacken verbessern das Ankopplungsverhalten des Lichtbogens und verlängern die Standzeiten der Ofenwandung.
 
 
Koks
Aus asche- und schwefelarmer Braun- oder Steinkohle (Gas- oder Fettkohle) wird Koks als ein fester, kohlenstoffhaltiger Rückstand gewonnen. In Kokereien werden die flüchtigen Bestandteile in einem Ofen unter Luftausschluss (Pyrolyse) bei über 1.400 °C entfernt. Die ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile bilden ein Kokerei-Rohgas, aus dem wertvolle Stoffe (Brenngas [Kokerei-Reingas], Steinkohlenteer, Rohbenzol, Schwefelsäure) gewonnen werden. Das Kokereigas wurde früher als Stadtgas verwendet und ist heute noch ein Energieträger in Stahlwerken
Bei diesem Verfahren der Kohleveredlung verschmelzen der feste Kohlenstoff und die verbleibende Asche. Daraus bekommt der Koks eine stumpf-graue Farbe und wird hart und porös. Koks brennt mit einer nahezu unsichtbaren blauen Flamme. Dabei entstehen keinerlei Ruß oder sichtbares Rauchgas.
Koks wird als Brennstoff und als Reduktionsmittel bei der Eisenproduktion in Hochöfen eingesetzt.
Nach dem Löschen (Abkühlen mit Wasser) hat der Koks eine Körnung von ca. 1 mm bis ca. 200 mm und wird durch Brechen und Sieben auf die Größe des jeweiligen Anwendungsgebietes in die Kokssorten eingeteilt.
Kokssorte
Körnung
Großkoks
> 80 mm
Brechkoks I
80 -60 mm
Brechkoks II (Heizkoks)
60 -40 mm
Brechkoks III (Heizkoks)
40 -20 mm
Brechkoks IV
20 -10 mm
Brechkoks V
6 - 10 mm
Koksgrus
10 - 1 mm
Verkokung der Steinkohle - Kokerei August Thyssen
 
 
Holz ist der älteste Energieträger. Lufttrockenes Holz sollte immer an einem trockenen Ort gelagert werden, da sich der Wassergehalt im Holz der Feuchte der Umgebungsluft anpasst (Hygroskopie [die Fähigkeit Wasser aus der Luft wieder aufzunehmen]). Bei einer Restfeuchte von max. 20 % wird Brennholz als lufttrocken bezeichnet, was nach einer 2jährigen Lagerzeit erreicht wird.
Heizwert von einem Raummeter bei einem Wassergehalt von 20 %

Holzart

kWh

Pappel
Fichte
Tanne
Erle
Weide
Kiefer
Lärche
Ahorn
Birke
Buche
Esche
Eiche
Robinie
1110
1300
1370
1400
1440
1570
1670
1675
1810
1850
1870
1890
2040
Der Energiegehalt sinkt mit steigender Restfeuchte. Besonders Laubholz sollte sofort nach dem Schlagen gespalten werden. Der Trocknungsplatz sollte sonnig und gut durchlüftet sein. Ein Erdkontakt schadet dem Holz. Nach der sommerlichen Trocknungsphase muss der Holzstapel abgedeckt werden. Bei unsachgemäßer Lagerung kann das Holz durch Pilze und Fäulnisbakterien befallen werden, was zum Abbau der Holzsubstanz und zu einem Heizwertverlust führt. 
 
 
Scheitholz ist Holz, das bei der Gewinnung von Nutzholz als nicht verwertbarer Anteil anfällt. Für die Eigenversorgung mit Brennholz aus einem kleinen Privatwald werden aber auch höherwertige Hölzer genutzt. Das Holz wird schon vor der Lagerung auf Betriebs- bzw. Ofenlänge zugeschnitten und gespaltet. Eine Dicke von 7 bis 10 cm und eine Länge von 33 bis 50 cm ist je nach der Art des Ofens bzw. Kessels zu empfehlen. Durch das Spalten des Holzes entsteht eine größere Oberfläche, die eine schnellere Trocknung ermöglicht. Wichtig ist außerdem, dass nur möglichst trockenes Holz verbrannt wird. Hartlaubholz, so z. B. Buche und Eiche, hat eine höhere Energiedichte als dies bei Nadelhölzern, so z. B. Fichte oder Kiefer, der Fall ist. Das bedeutet eine längere Brenndauer und damit längere Nachlegeintervalle. Zum Anzünden des Feuers dagegen ist Nadelholz besser geeignet, weil damit wesentlich schneller die notwendige Betriebstemperatur erreicht wird, die für eine saubere Verbrennung benötigt wird.
Brennholz, das direkt aus dem Wald kommt, hat ein Wassergehalt von 50 bis 60 %. Durch eine richtige Lagerung wird das Scheitholz (Kaminholz) ja nach Holzart entsprechend lange (Fichte > 1 Jahr, Birke, Linde und Erle > 1 1/2 Jahre, Eiche, Buche und Obstbäume > 2 Jahre) getrocknet. Erst dann ist ein Wassergehalt von 15 bis 20 % erreicht, was eine optimale und emissionsarme Verbrennung ermöglicht und auch gemessen werden sollte, bevor es verbrannt wird. Zu nasses Holz kann zu Hart- oder Glanzruß und dann möglicherweise zu einem Schornsteinbrand führen.
Es darf nur naturbelassenes Holz verbrannt werden. Stark verfaultes, verschmutztes oder/und mit Farben, Lacken oder ähnlichen Mitteln belastetes Holz darf in den üblichen Kleinfeuerungsanlagen nicht verwendet werden, da die dabei freigesetzten Stoffe gesundheitsschädlich und krebserregend sein können.
Scheitholz (Kaminholz) wird in unterschiedlichen Verkaufmaßen (Holzraummaße) angeboten.
 
 
Hackholzschnitzel werden mit Hilfe eines Hackers aus Rest- und Schwachholz (mit Feinästen, aber meist ohne Nadeln) hergestellt. Dieses Rest- und Schwachholz eignet sich in vielen Fällen nicht für die Nutzholzproduktion und auch nicht für Brennholz in Kaminöfen oder Grundöfen. Eine möglichst gleichmäßige Größe der Hackschnitzel und ein geringer Wassergehalt sind Voraussetzungen für den Einsatz in den Heizanlagen. Das verwendeten Heizkessel sollten der Größe, Wassergehalt und Feinanteil der Hackholzschnitzel angepasst werden können. Für eine emissionsarme Verbrennung ist es wichtig, dass nur "gutes" Holz, so z. B. kein Abraumholz oder verschmutztes und morsches bzw. faules oder sehr nasses Holz verwendet wird. Auch der Rindenanteil sollte nicht zu hoch sein, da sich durch Rinde der Ascheanfall erhöht. Naturbelassenes Holz ohne Rinde weist in der Regel nur einen geringen Aschegehalt von etwa 0,5 bis 1 % auf.
Trocknung von Hackholz
  • Grundsätzlich nur trockenes, lagerfähiges Hackgut (< 30 %) verwenden
  • Hackholz nach des Schlagens mindestens einen Sommer lang an einem luftigen, sonnigen Platz lagern
  • In sonnigen Lagen kann das Material mit den Nadeln liegen bleiben
  • In niederschlagsreichen Sommermonaten empfiehlt sich eine Abdeckung des Hackholzes
Hackholz, das über einen Sommer zwischengelagert wird, hat zum Zeitpunkt des Hackens im Spätsommer einen Wassergehalt von 25 bis 30 %.
Die Herstellung und Lagerung  von Hackholzschnitzel setzt Fachkenntnisse voraus.
 
 
Holzpellets sind kleine, zylindrische Presslinge aus getrocknetem und naturbelassenem Holz mit einer Länge von ca. 20 - 50 mm und einem Durchmesser von ca. 4 - 10 mm und haben einen Heizwert von > 4,5 bzw. > 5 kWh pro kg. In Kleinfeuerungsanlagen sollten nur genormte Pellets nach der DIN EN 14961-2 -2011 - oder DIN Plus verwendet werden. Holzpellets werden durch das holzeigene Lignin unter hohen mechanischen Druck gebunden. Es werden keine chemische Bindemittel verwendet. Es sind nur bis zu 2 % pflanzliche Zusatzstoffe, so z.B. Stärke, erlaubt.
Quelle: Deutsches Pelletinstitut GmbH
Die DIN EN 14961-2 -2011 - legt die Brennstoff-Qualitätsklassen und -spezifikationen für Holzpellets, die für nichtindustrielle Verwendung bestimmt sind, fest, und zwar für Holzpellets, die aus Wald- und Plantagenholz sowie anderem erntefrischen Holz, aus Industrie- und Restholz sowie Gebrauchtholz nach DIN EN 14961-1 hergestellt wurden.
Die DIN-Norm wurde notwendig, um für die Holzpellets im nichtindustriellen Bereich eine Grundlage bezüglich der Vergleichbarkeit im Handel für die Nutzung in Kleinfeuerungsanlagen (Pelletkessel, Pelletöfen) und in kleineren gewerblichen Heizkesselanlagen zu erreichen, weil es immer wieder durch die Empfindlichkeit gegenüber der Brennstoffqualität zu größeren Problemen kam.
Prüfkriterium
Einheit
EN plus (A1 bzw. A2)
DIN plus
Durchmesser
mm
5 bis 9
4 bis 10
Länge
mm
3,15 bis 40
< 5*d
Rohdichte
kg/dm3
> 0,6
> 1,12
Heizwert
kWh/kg
> 4,5
> 5,0
Heizwert
MJ/kg
16,5 bzw. 16,3 bis 19,0 
> 18,0
Abriebfestigkeit
%
< 2,5
< 2,3
Wassergehalt
%
< 10
< 10
Aschegehalt
%
< 0,7 bzw. < 1,5
< 0,5
Schwefelgehalt
%
< 0,03
< 0,04
Chlorgehalt
%
< 0,02
< 0,02
Stickstoffgehalt
%
< 0,3 bzw. < 0,5 
< 0,30
Presshilfsmittel
%
 < 2
< 2
Externe Produktionskontrolle  
 ja
ja

Da Pellets eine hohe Energiedichte haben, benötigen sie weniger Lagerraum gegenüber Scheitholz oder Hackschnitzel. Die Lieferung erfolgt lose im Tankwagen, der die Pellets in den Lagerraum bläst. Von dort werden sie vollautomatisch der Heizanlage zugeführt. Durch den geringen Ascheanteil von unter 1 % muss die Asche nur einige Male im Jahr entsorgt werden.Voraussetzung ist eine fachgerechte Einstellung des Pelletbrenners. Holzpellets werden in kleinen Mengen auch als Sackware angeboten, die dann in Wohnraumpelletöfen verwendet werden.

Bei Industriepellets weisen durch den Einsatz von rindenhaltigerem Rohmaterial im Gegensatz zu DIN Plus-Pellets höhere Ascheanteile auf oder die Abriebwerte (Mehlanteil) entsprechen nicht den Werten dieser Norm. Deswegen sind Industriepellets für den Einsatz in privaten Kleinfeuerungsanlagen nicht geeignet. In diesen Anlagen können bei dem Einsatz von Industriepellets Verschlackungen oder Probleme bei der Förderung der Pellets vom Lagerraum zur Heizung auftreten.

Holz-Pellets sollten nie offen im Raum gelagert werden. Der TÜV Rheinland weist auf die Gefahr hin, dass durch unsachgemäße Lagerung von Holzpellets Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) entstehen. Da diese farb- und geruchlose Gas ist höchst gefährlich sind, besteht z. B. die Gefahr einer Kohlenmonoxid-Vergiftung. So kann im Lagerraum über eine längere Zeit durch Ausgasung eine gefährlich hohe CO-Konzentration entstehen. Es wird vermutet, dass das Kohlenmonoxid und Kohlendioxid durch natürliche Abbauprozesse im trocknenden Holz entsteht und das durch erhöhte Temperaturen und große Schüttmengen zusätzlich begünstigt wird. Außerdem besteht das Risiko, dass sich im Lager explosionsfähige Staub-Luft-Gemische bilden.

Praxisorientierte Erkenntnisse für Pelletproduzenten und Heizungsbetreiber
Forschungsprojekt zur Lagerung von Holzpellets beendet

Holzpelletlager sollten baulich von Wohnräumen getrennt sein und über eine wirksame Lüftung verfügen. Außerdem ist das Lager vor dem Betreten gründlich zu lüften. Eine zusätzliche Sicherheit ist die Anwesenheit einer zweiten Person, die die Gefahren kennt und notfalls helfen kann. Aber auch CO-Warnanlagen können den CO-Gehalt angeben.
 
 
Quelle: Michael Kendzia Holzbrikett.de
Holzbriketts sind Presslinge aus trockenen, unbehandelten Holzresten (Hobel- und Sägespänen). Sie werden unter hohem Druck zu gleichmäßig großen und harten Briketts in verschiedenen Formen und Größen verpresst. Die Briketts haben je nach dem Ausgangsmaterial ein unterschiedliches Brandverhalten. Es gibt Briketts, die wie Scheitholz brennen, andere Briketts bilden nur eine kleine Flamme und verglimmen. Durch die hohe Verdichtung beim Brikettieren kann ein Holzbrikett aufgrund des Brennverhaltens mit Braunkohle verglichen werden. Aber sie produzieren beim Abbrand weniger Ruß, Asche und Schwefel.
Außerdem haben die Briketts die Vorteile, dass sie, Als Palettenware geliefert, sofort verbrannt werden können, da sie eine geringe Restfeuchtigkeit (unter 10 %) haben. Auch haben sie einen relativ hohen Heizwert (ca. 5,0 kWh/kg) und benötigen wenig Lagerraum. Sie sollten mindestens der DIN 57731 entsprechen.
Holzbriketts werden hauptsächlich in Einzelöfen als Braunkohlebrikettsersatz verwendet. Aber auch der Einsatz in Heizkessel ist ohne Probleme möglich.
 
 
"Grüne Kohle"
Damit Bioabfälle bei der Kompostierung keine Methanemissionen (Klimagase) freisetzen und holzige Abfälle nicht fermentiert werden, können alle biogenen Reststoffe zu einem Brennstoff (Pellets, Kohlenstaub) veredelt werden.
SunCoal Biokohle
Quelle: SunCoal Industries GmbH
So kann z. B. mit dem CarboRen-Verfahren (SunCoal Industries) eine gemeinsamen Veredelung aller biogenen Reststoffe zu einem standardisierten, trockenen und festen Biobrennstoff hergestellt werden. Das Verfahren basiert auf einer hydrothermalen Karbonisierung (HTC) und einer Trocknung, die hinsichtlich der Energieeffizienz optimiert und an die Einsatzstoffe angepasst sind. Der Energiebedarf einer CarboRen-Anlage beträgt etwa 6 % der Brennstoffenergie von SunCoal und ist somit deutlich geringer als zum Beispiel der Energiebedarf einer Holzpelletierung, einem anderen Verfahren zur Biomasseveredelung.
SunCoal kann auch wie Braunkohlenstaub in dezentralen Staubfeuerungen zur Prozess- und Fernwärme-erzeugung genutzt werden. Im Vergleich zur Nutzung von Braunkohlenstaub können etwa 2 t CO2 / t SunCoal und etwa 5 tCO2 / t frischer (mit dem üblichen Wassergehalt von 50 %) biogener Reststoffe eingespart werden. Damit wird über die Veredelung von biogenen Reststoffen ein deutlich größerer Einspareffekt erreicht als bei einer Vergärung der Grünfraktion oder der direkten Verbrennung der holzigen Fraktion.
Biomasse zu Brennstoff veredeln - SunCoal Industries GmbH
 
 
Erdöl (Rohöl) besteht aus einer Vielzahl von verschieden aufgebauten Kohlenwasserstoffen. Diese Verbindungen bestehen hauptsächlich aus den Elementen Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) und haben je nach dem Fördergebiet  (Nordsee, Libyen, Venezuela, ehem. GUSStaaten, Afrika und arabische Halbinsel) auch Schwefel (S), Stickstoff (N) und andere chemische Elemente.
Genauso wie Erdgas entsteht Erdöl durch mikroskopisch kleine Meereslebewesen (tierisches und pflanzliches Plankton). Diese starben vor Millionen von Jahren ab und lagerten sie sich am Grunde flacher Meere ab. Mit der Zeit wurde sie von Sand und Geröll (Sedimentation) überdeckt, so dass keine Luft mehr an die abgestorbene Ablagerungen gelangte. Es entstand ein Faulschlamm, der sich über lange Zeiträume langsam zu Erdgas- und Erdölmuttergestein entwickelte. Mit Hilfe von Bakterien zersetzten sich die hierin eingeschlossenen, abgestorbenen Kleinstlebewesen. Genau wie bei der Kohle gelangt das Muttergestein durch weitere Überlagerungen von Gesteinsmaterial in größere Tiefen. Die dort herrschenden hohen Temperaturen und hohen Drücke führten dazu, dass sowohl das Erdgas als auch das Erdöl aus dem Muttergestein ausgepresst wurde und nach oben stieg, bis es auf eine undurchlässige Gesteinsschicht traf und sich im Speichergestein sammelte. Theorien gehen davon aus, dass dieser Prozess immer noch stattfindet.
Nach der Anordnung der Kohlenstoffatome und ihrer chemischen Bindung aneinander unterscheidet man vier Hauptgruppen von Kohlenwasserstoffen: Paraffine, Naphthene, Olefine und Aromaten.
Struktur der Kohlenwasserstoffe
Quelle: IWO
Paraffine sind gesättigte Kohlenwasserstoffe, bei denen die Kohlenstoffatome entweder in einer geraden Kette (Normalparaffine, n-Paraffine) oder in einer Kette mit Verzweigungen (Isoparaffine, i-Paraffine) angeordnet sind.
Naphthene sind gesättigte Kohlenwasserstoffe, bei denen die Kohlenstoffatome ringförmig angeordnet sind. Sie werden deshalb auch Cycloparaffine genannt. Am häufigsten sind Ringe aus fünf, sechs oder sieben Kohlenstoffatomen.
Olefine unterscheiden sich von den Paraffinen dadurch, dass sie ungesättigt sind, d. h. mindestens eine chemische Doppelbindung aufweisen.
Aromaten sind ungesättigte ringförmige Kohlenwasserstoffe, deren charakteristisches Merkmal der Benzolring ist. Dieser Ring besteht aus sechs Kohlenstoffatomen, wovon jedes zum einen Nachbarn eine einfache und zum anderen eine Doppelbindung hat.
In reinen Kraft- und Brennstoff-Raffinerien (Hydroskimming-Anlagen) werden aus dem Erdöl Benzin- und Dieselkraftstoffe sowie extra leichtes, extra leichtes schwefelarmes, leichtes, mittelschweres und schweres Heizöl hergestellt. Diese Raffinerien werden zunehmend durch den Zubau von Konversionsanlagen in Vollraffinerien umgewandelt. Dadurch ist ein sehr umfangreiches Produktionsprogramm möglich, das z. B. Flüssiggas (Propan, Butan), Schmierstoffe, Paraffine, Bitumen, Spezial- und Testbenzine, Düsentreibstoff, und petrochemische Rohstoffe beinhaltet.
 
 
Heizöl EL (extra leichtflüssig) und Kraftstoffe (Benzin- und Diesel) werden aus verschiedenen Erdölsorten aus verschiedenen Fördergebieten (Nordsee, Libyen, Venezuela, ehem. GUSStaaten, Afrika und arabische Halbinsel) in Kraft- und Brennstoff-Raffinerien (Hydroskimming-Anlagen) hergestellt.
Ausgewählte Anforderungen der DIN 51603-1 an Heizöl EL (Stand September 2011)
Quelle: IWO
Aus dem Erdöl wird in drei Schritten Heizlöl EL hergestellt.

• Auftrennen des Rohöls in Fraktionen durch Destillation
• Umwandeln der Kohlenwasserstoffe in größere, kleinere oder anders strukturierte Moleküle (Konversion)
• Entfernen unerwünschter Bestandteile, z. B. Schwefel, durch Raffination

Das Heizöl EL ist, wie der Dieselkraftstoff, eine klare Flüssigkeit. Zur Kennzeichnung wird das Heizöl z.  B. mit rotem Farbstoff eingefärbt. Dadurch ist jederzeit erkennbar, ob es sich um Diesel oder Heizöl handelt. Da Heizöl weniger steuerbelastet ist, wird es auch gerne in Dieselfahrzeugen verwendet. Aufgrund der Farbe lässt sich vom Zoll jederzeit die nicht zulässige Verwendung nachweisen.
In der DIN 51603-1 sind die Mindestanforderungen an die Qualität des Heizöl EL festgelegt. Die DIN-Norm wird aufgrund des technischen Fortschrittes der Ölgeräte (Ölbrenner, BHKW) immer wieder überarbeitet. So wurden im Jahre 2003 die Anforderungen und Eigenschaften für schwefelarmes Heizöl EL neu aufgenommen. Außerdem wurde eine ausreichende Schmierfähigkeit nach DIN ISO 12156-1 und der Einsatz von Additiven ohne Asche bildende Bestandteile festgeschrieben. Das bisher übliche Heizöl EL wird danach als Heizöl EL Standard bezeichnet. Die DIN 51603-1 wurde im September 2011 noch einmal überarbeitet, wodurch die Rohstoffbasis für die Herstellung von Heizöl EL ausgeweitet wurde.
Diese beiden Ölsorten sind extra leichtflüssige und aschefreie Brennstoffe und haben einen mittleren Masseanteil von 86,5 % Kohlenstoff und von 13,3 % Wasserstoff. Der Brennwert liegt bei min. 45,4 MJ/kg bzw. der Heizwert bei min. 42,6 MJ/kg = 36,2 MJ/l = 10,08 kWh/l.
Heizöl EL Standard ist grundsätzlich für alle Ölgeräte zugelassen. Nur hinsichtlich des Kälteverhaltens wird es in der Raffinerie additiviert, der Schwefelgehalt liegt zwischen 50 mg/kg und maximal 1.000 mg/kg (0,1 % m/m).
vorgeschriebener farblich gekennzeichneter Füllrohrverschluss (hier mit Grenzwertgeber-Steckdose) für schwefelarmes Heizöl EL
Quelle: AFRISO-EURO-INDEX
Heizöl EL schwefelarm wurde zur Förderung der Öl-Brennwerttechnik eingeführt. Inzwischen werden Öl-Brennwertgeräte angeboten, die speziell für diesen Brennstoff entwickelt wurden. Ein Heizöl EL muss als schwefelarm bezeichnet werden, wenn der Schwefelgehalt 50 mg/kg nicht überschreitet. Das bedeutet eine Reduzierung des Schwefelgehaltes gegenüber dem maximal zulässigen Schwefelgehalt beim Standardheizöl um den Faktor 20 und führt zu einem Niveau der SO2-Emissionen, das mit dem von Erdgas vergleichbar ist. In der Regel wird Heizöl EL schwefelarm mit speziell abgestimmten Additivpaketen zur Verbesserung der genannten Qualitätseigenschaften angeboten. Um die Betriebssicherheit insbesondere von Öl-Brennwertgeräten zu gewährleisten, die sich durch eine kompakte Bauweise und zur Verbesserung des Wärmeübergangs mit geringen Spaltmaßen in der Abgasführung auszeichnen, sind aschebildende Additive nicht zulässig.
Zudem wird in der Norm für schwefelarmes Heizöl eine ausreichende Schmierfähigkeit für die Betriebssicherheit der Ölpumpen gefordert. Um diese Anforderung einzuhalten, wird bei Bedarf der Brennstoff mit so genannten Lubricity-Additiven (Schmierfähigkeitsverbesserern) additiviert.

Zusätzliche Anforderungen der DIN 51603-1 an Heizöl EL schwefelarm

Additive
In der Regel wird Heizöl EL schwefelarm mit speziell abgestimmten Additivpaketen, wie auch beim speziell additivierten Heizöl EL Standard, zur Verbesserung der genannten Qualitätseigenschaften angeboten. Um die Betriebssicherheit insbesondere von Öl-Brennwertgeräten zu gewährleisten, die sich durch eine kompakte Bauweise und zur Verbesserung des Wärmeübergangs mit geringen Spaltmaßen in der Abgasführung auszeichnen, sind aschebildende Additive nicht zulässig. Zur Qualitätsverbesserung ist die Verwendung von Additiven zulässig. Geeignete Additive ohne bekannte schädliche Nebenwirkungen, insbesondere ohne aschebildende Bestandteile, können in geeigneter Konzentration zugegeben werden.
Schmierfähigkeit
Durch die deutliche Reduzierung des Schwefelgehaltes wird in der Norm für schwefelarmes Heizöl eine ausreichende Schmierfähigkeit für die Betriebssicherheit der Ölbrennerpumpen gefordert. Um diese Anforderung sicherzustellen, wird bei Bedarf der Brennstoff mit so genannten Lubricity-Additiven (Schmierfähigkeitsverbesserern) additiviert. Aufgrund der bisher vorliegenden Erfahrungen kann von einer ausreichenden Schmierfähigkeit aus gegangen werden, wenn für die Schmierfähigkeit nach DIN EN ISO 12156-1 ein Grenzwert von 460 Mikrometern nicht überschritten wird.
In Heizöl- bzw. Dieselkraftstofftanks kann es zu einer explosionsartige Vermehrung vom Mikroorganismen (Dieselpest) kömmen. Hier handelt es sich um Bakterien und Pilze (Hefen), die im Sumpf (Wasserschicht unter dem Heizöl) bzw. an der Grenzschicht von Wasser und Heizöl leben und sich dort vermehren. Das Wasser kann über die Luftfeuchtigkeit in den Tank gelangen (z. B. als Kondenswasser bei Temperaturschwankungen). Auch Biodiesel fördert das Problem durch seine höhere Wasseranziehung und Emulgiereigenschaften. > mehr
Anwendung in der Praxis
Heizöl EL schwefelarm ist zwar speziell für die Öl-Brennwerttechnik entwickelt worden, die Produktvorteile kommen aber auch in der Niedertemperatur- und Standardheiztechnik zur Geltung. Besondere Vorkehrungen für eine Umstellung auf den Betrieb mit schwefelarmem Heizöl in konventionellen Ölheizungen sind nicht nötig (Ausnahme: Flammrohr bei Blaubrennern [Metal Dusting]). Das schwefelarme Heizöl ist problemlos mit dem bisherigen Standardheizöl mischbar. Dennoch ist es empfehlenswert, den Vorrat an Standardheizöl möglichst weit aufzubrauchen. Ölanlagen, die ausschließlich mit schwefelarmem Heizöl betrieben werden müssen (bei Verzicht auf eine Kondensatneutralisation oder aufgrund von Herstellervorgaben), sind eindeutig zu kennzeichnen. Sie sollten einen grünen Füllrohrverschluss und einen Hinweisaufkleber am Ölgerät haben.
In bestimmten Anlagen darf nach Vorgabe der Hersteller oder nach Vorgabe lokaler Abwasserregelungen (z. B. Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 251) allein Heizöl EL schwefelarm eingesetzt werden.
Speziell additiviertes Heizöl EL Standard und Heizöl EL schwefelarm (Premium-Heizöl) wird von Mineralölhandelsunternehmen angeboten. Dem Heizöl wird durch die Zugabe von speziell abgestimmten Additivpaketen die anwendungsrelevanten Eigenschaften verbessert. Diese Additivpakete werden beim Betanken des Kundentanks durch eine automatische Dosiereinrichtung am Tankwagen dem Heizöl beigemischt. Hierdurch ist eine exakte Dosierung möglich, eine Überdosierung, die zu Anlagenstörungen führen könnte, wird vermieden. Der Kunde kann vor Ort zwischen Heizöl EL Standard und dem speziell additivierten Heizöl EL Standard wählen. Die Bestandteile des Additivpakets sind in der Regel Stabilitätsverbesserer (zur Verbesserung der thermischen sowie der Lagerstabilität), Metalldeaktivatoren und Geruchsüberdecker. Bei einigen Anbietern sind zusätzlich Verbrennungsverbesserer im speziell additivierten Heizöl EL Standard enthalten.
 
 
 
Biokraftstoff
Bioheizöl ist eine Mischung aus mineralölstämmigem, schwefelarmem Heizöl und einer nachwachsenden, flüssigen Biokomponente (Fettsäuremethylester/FAME). FAME hat ähnliche chemisch-physikalische Eigenschaften wie klassisches Heizöl EL. In der Praxis kommen folgende Gemische zum Einsatz:
  • Bioheizöle mit einem FAME-Anteil von max. 5,9 % (Heizöl EL A Bio 5) sind sowohl in Neu- als auch in Bestandsanlagen einsetzbar. Dies bezieht sich auf die gesamte Ölanlage und schließt somit den Öltank, die Ölleitung und das Ölgerät incl. aller Komponenten ein.
  • Bioheizöle mit einem FAME-Anteil von max.10,9 % (Heizöl EL A Bio 10) können besondere Maßnahmen an der Ölanlage erforderlich machen. Während neue Ölanlagen direkt für einen Bioheizöleinsatz ausgelegt und gebaut werden können, sind beim Einsatz in bestehenden Ölanlagen ggf. weitere Maßnahmen erforderlich. Sie beziehen sich auf ein Heizöl mit einem FAME-Anteil von mindestens 10 %.

Bei dem Einsatz von Heizöl EL A Bio 5 ist die Betriebssicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Feuerungsanlage seitens der Geräteindustrie ohne eine Einschränkung gewährleistet.
Bei dem Einsatz von Heizölen mit einem Anteil von mehr als 5 % biogener Komponenten (Heizöl EL A Bio 10) müssen die verwendeten Materialien und die Installationen in den Feuerungsanlagen (Öltank mit Armaturen, Ölleitung, Ölbrenner mit Anschlüssen) auf die Eignung überprüft und evtl. entsprechend angepasst werden. So müssen z. B. Brennerschläuche aus NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) ausgetauscht werden, da sie aufquellen können und es sind geeignete Ölbrennerpumpen (ohne NBR-Dichtungen) einzusetzen. Die Hersteller können jedoch in Abhängigkeit von Produkt und Ausstattung abweichende Angaben machen, die zu beachten sind.

Einsatz von Bioheizöl - Brennstoffspiegel / Ceto-Verlag GmbH
Durch den Einsatz von Heizöl mit biogenen Komponenten können die Anforderungen nach dem Wärmegesetzes des Landes Baden-Württemberg erfüllt werden. Bei Modernisierungsmaßnahmen können durch eine Zumischung von mindestens 10 % Biokomponenten die gesetzlich geforderten Anteile an erneuerbaren Energien nachgewiesen werden.
 
 
Pflanzenöl (PÖL)
Pflanzenöl hat die größte Energiedichte (ca. 9,2 kWh/l) im Bereich der Photosynthese im Vergleich mit den Biofeststoffen (Holz, Stroh) und Biogas. Dabei liegt es ziemlich genau zwischen Benzin (8,6 kWh/l) und Diesel (9,8 kWh/l). Im Gegensatz zu Benzin und Diesel ist Pflanzenöl jedoch regenerativ, "CO2-neutral" und frei von Schwefel, Schwermetallen und Radioaktivität. Es besteht nur aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und ein wenig Sauerstoff (O) (Verhältnis ca. C60H120O6) und gefährdet nicht das Grundwasser. In der Praxis wird hauptsächlich Rapsöl als Brennstoff verwendet.
Pflanzenöle bestehen hauptsächlich aus Triglyceriden (Ester aus dem dreiwertigen Alkohol Glycerin und drei Fettsäuren). Dabei bestehen die Fettsäuren aus Kohlenstoffketten, die gesättigt (keine Doppelbindungen zwischen benachbarten CAtomen), einfach ungesättigt oder mehrfach ungesättigt sein. Außerdem können auch Spaltprodukte des Fettabbaus (Mono- oder Diglyceride [Ester mit einer bzw. zwei Fettsäuren] und freie Fettsäuren), vorkommen. Fettbegleitstoffe (Phospholipide) setzen die Oxidationsstabilität im Pflanzenöl herab und verursachen durch ihre Hydratisierbarkeit (Quellung mit Wasser) Störungen bei der Kraftstoffzufuhr (Verstopfungen von Filtern oder Einspritzdüsen).
Auch sind die typischen Eigenschaften des Planzenöles zu beachten. Hier handelt es sich hauptsächlich um die Dichte, die Viskosität, dem Flammpunkt und der Iodzahl (IZ - Gehalt an ungesättigten Verbindungen). Durch die Einwirkung von Sauerstoff, Licht, Wärme und katalytisch wirkende Metallionen kann das Öl oxidieren, wobei Öle  mit einem hohen gesättigten Fettsäurenanteil relativ beständig sind. Auch wenn Pflanzenöle in Wasser unlöslich sind können Mikroorganismen oder Enzymen eine hydrolytische Spaltung begünstigen, wobei Fettsäuren vom Glyceridmolekül abgespaltt werden.  Pflanzenöle gelten als "nicht wassergefährdend", weil sie innerhalb von 21 Tagen bis zu über 95 % biologisch abgebaut werden.
Vergleich Pflanzenöl - Biodiesel - Dieselkraftstoff
Eigenschaft
Pflanzenöl¹
Biodiesel
Dieselkraftstoff²
Heizwert [kWh/l]
9,2
9,3
9,8
Dichte bei 15 °C [kg/m³]
900 - 930
860 - 900
820 - 845
Flammpunkt [°C]
220
101
> 55
kinematische Viskosität bei 20 °C [mm2/s]
78,7
-
3,08
kinematische Viskosität bei 40 °C [mm2/s]
38
3,5 - 5,0
2,0 - 4,5
Gesamtverschmutzung [mg/kg]
25
24
= 24
Schwefelgehalt [%]
< 0,001
 
0,035
Phosphorgehalt [mg/kg]
15
10
nicht definiert
Wassergehalt [mg/kg]
750
500
200
¹) Grenzwerte lt. LTV-Arbeitskreis Dezentrale Pflanzenölgewinnung, Weihenstephan "Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff "(RK-Qualitätsstandard)
²) Grenzwerte lt. Allgemeine sowie klimatisch abhängige Anforderungen (gemäßigtes Klima) an Dieselkraftstoff und Prüfverfahren gemäß DIN EN 590 2000-02
Der Streit über die Sinnhaftigkeit der Nutzung von Pflanzenölen wird wohl noch einige Zeit weitergeführt werden. Auf der einen Seite wird der Anbau in Monokulturen mit mineralischen Düngemitteln und der vermehrte Einsatz von Pestiziden bemängelt. Auch die Rodung von Regenwäldern zum Freilegen von Anbauflächen für den Ölpflanzenanbau wird als negativ angesehen.
Auf der anderen Seite kann der aus der Ölherstellung gewonnene Presskuchen als Tierfutter weiterverwendet und dann anschließend als Gülle zur Biogaserzeugung genutzt werden. Die dann ausgefaulten Rückstände können als Dünger wieder ausgebracht werden. Außer Winter- und Sommerraps könnten auch andere Ölpflanzensorten  (Sonnenblume, Öllein, Leindotter, Senf) extensiv in Deutschland angebaut werden. Außerdem kann die Ölherstellung in der Region wird als Vorteil angesehen, weil es ein weiteres Betätigungsfeld der Landwirte sein kann.
Wenn diese ganzheitlichen Betrachtung in die Diskussionen einbezogen werden, dann kann die Überlegenheit der moderner Bio-Technik gegenüber dem Mineralöl zielführend sein.
 
 
Rapsöl  kann für die Produktion von Biokraftstoffen eingesetzt werden. Ein Teil wird als Pflanzenöl-Brennstoff verwendet, der größere Teil wird durch Umesterung in flüssige Biokomponenten (Fettsäuremethylester/FAME bzw. Rapsmethylester/RME) umgewandelt und dem Heizöl EL beigemischt. Hierbei handelt es sich dann um Bioheizöl.
Reines Rapsöl kann mit speziellen Rapsölbrennern oder in Pflanzenöl-BHKWs in der Heizung und zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Da Pflanzenöle abweichende Eigenschaften von Dieselkraftstoffen (Heizöl EL) haben, gibt es besondere Anforderungen an die Lagerung, die Ölzuführung an den Motor und an den Motor. Außerdem ist eine gleichbleibende Qualität (Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard) an das Öl erforderlich.
Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard) Stand 5/00
Eigenschaften/Inhaltsstoffe
Einheiten
Grenzwerte
Prüfverfahren
min.
max.
Dichte (15°C)
kg/m3
900
930
DIN EN ISO 3675
EN ISO 12 185
Flammpunkt (mit geschlossenem Tiegel nach Pensky-Martens)
°C
220
  DIN EN ISO 22 719
Heizwert
kJ/kg
35.000
  DIN 51 900 T3
Kinematische Viskosität (20 °C)
mm2/s
78,7
-
Kinematische Viskosität (40 °C)
mm2/s
38
DIN EN ISO 3104
Kälteverhalten
°C
noch festzulegen
noch festzulegen
Zündwilligkeit (Cetanzahl)  
 noch festzulegen
In Anlehnung an
ISO/DIS 5165
Iodzahl
g/100g
100
120
DIN 53 241-1
Schwefelgehalt
mg/kg
 
20
ASTM D 5453-93
Gesamtverschmutzung
mg/kg
 
25
DIN 51 419
Koksrückstand
Masse-%
 
0,4
DIN EN ISO 10 370
Neutralisationszahl *)
mg KOH/g
 
2,0
DIN EN ISO 660
Oxidationsstabilität
h
5
ISO 6886
Phosphorgehalt
mg/kg
 
152)
ASTM D 3231-94
Sulfatasche
Masse-%
 
0,013)
DIN 51 575
Aschegehalt
Masse-%
 
0,01
DIN EN ISO 6245
Wassergehalt
Masse-%
 
0,075
DIN EN ISO 12937
Wassergehalt
mg/kg
 
1.000
DIN EN ISO 12937
*) Vorgaben der Motorenhersteller können vom angegebenen Grenzwert abweichen
1
) vorläufig, bis angepasstes Prüfverfahren verfügbar
2) vorläufig
3) vorläufig, bis Grenzwert nach DIN 51 575 geprüft
Pflanzenöle bestehen hauptsächlich aus Triglyceriden (Ester aus dem dreiwertigen Alkohol Glycerin und drei Fettsäuren). Dabei bestehen die Fettsäuren aus Kohlenstoffketten, die gesättigt (keine Doppelbindungen zwischen benachbarten CAtomen), einfach ungesättigt oder mehrfach ungesättigt sein. Außerdem können auch Spaltprodukte des Fettabbaus (Mono- oder Diglyceride [Ester mit einer bzw. zwei Fettsäuren] und freie Fettsäuren), vorkommen. Fettbegleitstoffe ( Phospholipide) setzen die Oxidationsstabilität im Pflanzenöl herab und verursachen durch ihre Hydratisierbarkeit (Quellung mit Wasser) Störungen bei der Kraftstoffzufuhr (Verstopfungen von Filtern oder Einspritzdüsen).
Auch sind die typischen Eigenschaften des Planzenöles zu beachten. Hier handelt es sich hauptsächlich um die Dichte, die Viskosität, dem Flammpunkt und der Iodzahl (IZ - Gehalt an ungesättigten Verbindungen). Durch die Einwirkung von Sauerstoff, Licht, Wärme und katalytisch wirkende Metallionen kann das Öl oxidieren, wobei Öle  mit einem hohen gesättigten Fettsäurenanteil relativ beständig sind. Auch wenn Pflanzenöle in Wasser unlöslich sind können Mikroorganismen oder Enzymen eine hydrolytische Spaltung begünstigen, wobei Fettsäuren vom Glyceridmolekül abgespaltt werden.  Pflanzenöle gelten als "nicht wassergefährdend", weil sie innerhalb von 21 Tagen bis zu über 95 % biologisch abgebaut werden.
Folgende Empfehlungen können für die Lagerung von Rapsöl gegeben werden:
  • möglichst konstant niedrige Lagerungstemperaturen (ca. 5 -10 °C)
    Eine gleichmäßig kühle Kraftstofflagerung wird am besten in Erdtanks realisiert. Ist die Errichtung eines Erdtanks nicht möglich, sollte der Vorratstank in einer kühlen Umgebung (z.B. in einem Keller) aufgestellt werden.
  • keine Tankheizungen verwenden
    Tankheizungen werden häufig zur Verbesserung der Fließ- und Pumpfähigkeit von kaltem Pflanzenöl eingesetzt. Aufgrund der mehrfach angesprochenen Alterungsproblematik ist jedoch von einem Aufwärmen des Pflanzenöls im Tank abzusehen. Zur Verbesserung der Pumpfähigkeit sollten stattdessen Kraftstoffleitungen mit größeren Querschnitten und/oder leistungsstärkere Förderpumpen verwendet werden. Kann auf eine Tankheizung nicht verzichtet werden, so sollte die Vorwärmung auf Raumtemperaturniveau (max. 25 °C) begrenzt bleiben.
  • dunkler Aufstellungsort ohne direkte Sonneneinstrahlung
    Licht fördert die Alterungsprozesse von Pflanzenöl. Deshalb sollte der Tank möglichst dunkel aufgestellt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn durchscheinende Kunststofftanks verwendet werden. Eine direkte Sonneneinstrahlung sollte in jedem Fall vermieden werden. Erfolgt die Aufstellung des Lagertanks im Freien, so ist für eine bestmögliche Beschattung der Tanks zu sorgen.
  • Zutritt von Sauerstoff gering halten
    Sauerstoffeintrag in das Pflanzenöl fördert dessen Oxidation. Deshalb sollte bei Tank- und Pumpvorgängen "Plätschern" vermieden werden. Durch entsprechend geringe Fallhöhen oder durch "Abfließen lassen" an den Tankinnenwänden kann Sauerstoffeintritt in das Pflanzenöl weitgehend vermieden werden. Nach dem Befüllen sollte der Tank immer gut verschlossen sein. Selbstverständlich ist jedoch eine ausreichende Tankbelüftung durch Be- und Entlüftungseinrichtungen zur Vermeidung von Unter- und Überdruck sicherzustellen. Je höher der Füllstand im Tank (geringes darüber liegendes Luftpolster) und je kleiner die Grenzfläche Pflanzenöl / Umgebungsluft ist, desto geringer ist die eingetragene Sauerstoffmenge.
  • Eintrag von Wasser vermeiden
    Um Wassereintrag in den Tank zu vermeiden, ist der Tank geschlossen zu halten. Auch sollte eine Kondenswasserbildung durch starke Temperaturunterschiede von Tank und Tankinhalt (z.B. Befüllung eines kalten Tanks mit warmen Pflanzenöl) weitgehend ausgeschlossen werden.
  • Eintrag von Verschmutzungen ausschließen
  • Tank und kraftstoffführende Teile nicht aus Kupfer oder Messing
    Da Metalle (v.a. Kupferionen) stark katalytisch auf die Öloxidation wirken, sollten nur Tanks und Leitungen aus Stahl oder besser Edelstahl verwendet werden. Bei dunkler Aufstellung sind auch Kunststofftanks, z.B. aus Polyamid geeignet.
  • Kraftstoffentnahmestelle nicht unmittelbar am Tankboden anbringen
    Die Entnahme des Pflanzenöls sollte entsprechend der gängigen Praxis nicht unmittelbar am tiefsten Punkt des Tankbodens erfolgen, sondern, wie z.B. durch eine feste Entnahmeleitung oder eine Schwimmentnahme realisierbar, mehrere Zentimeter darüber. Dadurch gelangen sedimentierte Feststoffe nicht in die Kraftstoffzuführung.
  • Lagertanks sollen vollständig und einfach entleerbar sowie leicht zu reinigen sein
    Eine regelmäßige ca. 1-3jährige Tankreinigung ist empfehlenswert, um Bodensedimente und eventuell eingebrachtes Wasser entfernen zu können. Eine Tankreinigung verlängert die Lagerstabilität frischer Pflanzenölchargen, da die Umsetzungsvorgänge verstärkt im Sediment und an der Grenzschicht Wasser/Öl stattfinden. Um eine einfache Tankentleerung zu gewährleisten, sind großzügige Reinigungsöffnungen und Abpumpeinrichtungen vorzusehen.
  • Die Tankgröße bemisst sich nach dem Kraftstoffverbrauch. Für Heizöl-Lagerbehälter wird empfohlen, dass deren Fassungsvermögen etwa so groß ist, dass Öl für mindestens eine Heizperiode eingelagert werden kann und keine Zwischenbefüllung notwendig ist. Bei BHKW mit einer hohen jährlichen Auslastung und entsprechend hohem Kraftstoffverbrauch, kann zur Minderung des Lagerplatzbedarfs auch eine halb- bis vierteljährliche Betankung sinnvoll sein. Die Lagerdauer von Pflanzenöl sollte bei guten Lagerungsbedingungen ca. 12 Monate nicht überschreiten. Quelle: LfU
Der Streit über die Sinnhaftigkeit der Nutzung von Pflanzenölen wird wohl noch einige Zeit weitergeführt werden. Auf der einen Seite wird der Anbau in Monokulturen mit mineralischen Düngemitteln und der vermehrte Einsatz von Pestiziden bemängelt. Auch die Rodung von Regenwäldern zum Freilegen von Anbauflächen für den Ölpflanzenanbau wird als negativ angesehen.
Auf der anderen Seite kann der aus der Ölherstellung gewonnene Presskuchen als Tierfutter weiterverwendet und dann anschließend als Gülle zur Biogaserzeugung genutzt werden. Die dann ausgefaulten Rückstände können als Dünger wieder ausgebracht werden. Außer Winter- und Sommerraps könnten auch andere Ölpflanzensorten (Sonnenblume, Öllein, Leindotter, Senf, Distel, Erdnuss mit Schale, Hanf, Soja) extensiv in Deutschland angebaut werden. Außerdem wird die Ölherstellung in der Region als Vorteil angesehen, weil es ein weiteres Betätigungsfeld der Landwirte sein kann.
 
 
Erdgas
Genauso wie Erdöl entsteht Erdgas durch mikroskopisch kleine Meereslebewesen (tierisches und pflanzliches Plankton). Diese starben vor Millionen von Jahren ab und lagerten sie sich am Grunde flacher Meere ab. Mit der Zeit wurde sie von Sand und Geröll (Sedimentation) überdeckt, so dass keine Luft mehr an die abgestorbene Ablagerungen gelangte. Es entstand ein Faulschlamm, der sich über lange Zeiträume langsam zu Erdöl- und Erdgasmuttergestein entwickelte. Mit Hilfe von Bakterien zersetzten sich die hierin eingeschlossenen, abgestorbenen Kleinstlebewesen. Genau wie bei der Kohle gelangt das Muttergestein durch weitere Überlagerungen von Gesteinsmaterial in größere Tiefen. Die dort herrschenden hohen Temperaturen und hohen Drücke führten dazu, dass sowohl das Erdöl als auch das Erdgas aus dem Muttergestein ausgepresst wurde und nach oben stieg, bis es auf eine undurchlässige Gesteinsschicht traf und sich im Speichergestein sammelte. Theorien gehen davon aus, dass dieser Prozess immer noch stattfindet.
Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan (CH4), dessen Anteil liegt zwischen 75 % und 99 % je nach der jeweiligen Erdgaslagerstätte (Nordsee, Libyen, Venezuela, ehem. GUSStaaten, Afrika und arabische Halbinsel). Aber auch Ethan (1 % und 15 %), Propan (1 % und 10 %), Butan und Ethen können vorhanden sein.
Man unterscheidet
ErdgasL“ - 85 % Methan, 4 % weiteren Alkanen (Ethan, Propan, Butan, Pentan) und 11 % Inertgasen.
ErdgasH“ - 89 % Methan, 8 % weiteren Alkanen (Ethan, Propan, Butan, Pentan) und 3 % Inertgasen.
ErdgasH“ - 98 % Methan, 1 % weiteren Alkanen (Ethan, Propan, Butan, Pentan) und 1 % Inertgasen. Dieses Gas kommt u. a. aus den ehem. GUS-Staaten
 
 
Biogas (Methan - CH4) ist ein brennbares Gas, das u.a. beim Faulprozess organischer Stoffe entsteht. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Sumpfgas und Holzgas. Nach Kohlenstoffdioxid ist es das bedeutendste von Menschen freigesetzte Treibhausgas und ist 20 bis 30mal wirkungsvoller. Ein noch nicht richtig erforschter beträchtiger Teil kommt aus den Ozeanen, Sümpfen und der Tierhaltung.
Haupteigenschaften

- verdichtetes farb- und geruchsloses Gas
- leichter als Luft
- hochentzündlich
- nicht giftig
- erstickend in hohen Konzentrationen
- beim Umgang mit dem Produkt für ausreichende Belüftung sorgen

 
 
Methanhydrat
Quelle: IFM-Geomar
Das Methanhydrat ist ein Stoff (Schlamm/Eis), der das 160fache seines Volumens an Methan in sich hat und bildet ein enormes Energiepotential. Methan ist aber auch eines der stärksten Treibhausgase. Es ist erzeugt einen etwa 25- bis 30-fach stärkeren Treibhauseffekt wie Kohlendioxid. Durch die globale Erwärmung der Weltmeere und in Permafrostgebieten können die Methanhydrate zunehmend zersetzen und so den Treibhauseffekt zunehmend verstärken.
Außerdem kann durch eine punktuelle Ausgasung (methanausgasender Schlammvulkane) am Meeresgrund das darüberliegende Wasser (und die Luft darüber) auch für größere Schiffe und Flugzeuge nicht mehr tragfähig sein. (Hier kann z. B. das Geheimnis des Bermudadreiecks liegen, in dem Schiffe und Flugzeuge verschwinden).
Die Methanhydrate sind hauptsächlich auf dem Meeresgrund vorhanden. Aber auch im Thermafrostboden (Jahresdurchschnittstemperatur -1 °C) sind sie in großen Mengen vorhanden. In Methanhydraten sollen ca. 10.000 Gigatonnen Kohlenstoff gebunden sein. > mehr

 

 
 

Flüssiggase

Propan (C3H8) wird bei der Förderung von Erdgas als Nebenprodukt gewonnen oder es wird in einer Erdölraffinerie beim Cracken von Erdöl hergestellt. Im verflüssigtem Zustand wird es als Brenn- und Heizgas (Flüssiggas), in Pkw's als Autogas oder als Kältemittel (R290) z.B. im Kühlschrank) eingesetzt.
Propan ist hochentzündlich und bildet zwischen einem Volumenanteil von 1,7 % bis 10,8 % in Luft explosive Gemische. Seine Zündtemperatur liegt bei 470 °C (nach DIN 51794). Der Heizwert beträgt 12,874 kWh/kg.
Haupteigenschaften

- unter Druck verflüssigtes Gas farbloses Gas
- fast geruchlos
- schwerer als Luft
- hochentzündlich
- in hohen Konzentrationen narkotisierend und erstickend
- beim Umgang mit dem Produkt für ausreichende Belüftung sorgen

 
 
Butan (C4H10) wird bei der Förderung von Erdgas als Nebenprodukt gewonnen oder in einer Erdölraffinerie beim Cracken von Erdöl hergestellt. Es wird im verflüssigtem Zustand in Tanks und Feuerzeugen, oft im Gemisch mit Propan, als Brenn- und Heizgas (Flüssiggas) oder als Kältemittel (R600, z. B. im Kühlschrank) verwendet.
Der Explosionsbereich von Butan liegt in Luft zwischen der unteren Explosionsgrenze von 1,4 Vol.-% und der oberen Explosionsgrenze von 9,4 Vol.-%. Der Heizwert beträgt 12,700 kWh/kg.
Haupteigenschaften

- unter Druck verflüssigtes farbloses Gas
- schwach würziger Geruch
- schwerer als Luft
- hochentzündlich
- in hohen Konzentrationen narkotisierend und erstickend
- beim Umgang mit dem Produkt für ausreichende Belüftung sorgen

 
 

Sekundärbrennstoffe - Ersatzbrennstoffe
Sekundärbrennstoffe (SBS) bzw. Ersatzbrennstoffe (EBS) sind eine umweltschonende und wirtschaftliche Alternative zu herkömmlichen primären Brennstoffen. Die Brennstoffe sind nicht-fossilen Brennstoffe, die aus selektiv gewonnenen, produktionsspezifischen Abfällen und aus unspezifischen Abfallgemischen (nicht-recycelbare Kunststoffe, Abfall zur Verwertung aus der Industrie, Sortierreste aus Wertstoffsortieranlagen, Sperr- und Gewerbeabfälle) hergestellt werden. Dazu gehören auch feste, pastöse, flüssige und gasförmige Abfälle und Biomassen, die für die energetische Verwertung bzw. Mitverbrennung aufbereitet werden. Hier sind besonders heizwertreiche Fraktionen aus Siedlungsabfällen, Gewerbeabfälle, Lösemittel, Altöl, ganze oder geschredderte Altreifen, getrockneter Klärschlamm, Reishülsen und Stroh zu nennen.
Die heizwertreiche Fraktion ist der abgetrennte Anteil aus dem Abfallgemisch, der anschließend einen höheren Heizwert hat als der anfängliche Rohabfall. Das Abfallgemisch wird kommunal mit einem geringen Aufbereitungsgrad gewonnen und an private Aufbereiter zur Nachbearbeitung geliefert. Die hochkalorische Fraktion kann auch ohne weitere Behandlung in Ersatzbrennstoff-Kraftwerken (Industrie-, Heiz- und Zementkraftwerke) verwertet, die daraus Strom, Heizwärme oder Prozessdampf gewinnen.

Vor der Verbrennung durchlaufen die Abfälle verschiedene Aufbereitungsschritte (Vorsortierung, Grobzerkleinerung, Siebklassierung, Windsichtung, Eisen- und Nichteisenabscheidung). Zusätzlich können sensorische Sortierungen und Trocknungen notwendig werden.
Strenge Umweltschutzauflagen regeln die Verbrennung von Ersatzbrennstoffen. So stellen Mindesttemperaturen von 850 °C im Kessel sicher, dass die enthaltenen Schadstoffe (z. B. Dioxine, Furane) vollständig zerstört werden und Stickoxide durch Zugabe von Harnstoff in umweltneutralen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Außerdem reduziert eine mehrstufige Rauchgasreinigung den Staub-, Schwermetall- und weiteren Schadstoffausstoß. Die entstehenden Schlacken werden aufbereitet und im Straßen- und Deponiebau wiederverwertet und Flugasche und Filterstäube umweltverträglich entsorgt.
Die Vorgaben und Rahmenbedingungen für die Herstellung und die Verwertung von Ersatzbrennstoffen stützen sich auffolgende rechtliche und technische Regelungen:
- EU-Richtlinie über die Verbrennung von Abfällen und deren nationale  Umsetzung

- Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) mit der Zielhierarchie: - Vermeidung - Verwertung - Beseitigung
- Technische Anleitung Siedlungsabfall (TASI) mit dem Ziel der nachsorgefreien Deponie
- Verordnung über die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen (AbfAbIV)
- Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) mit den maßgeblichen 4. BImSchV, 13. BImSchV, 17. BImSchV

17. BImSchV - Verordnung über die Verbrennung und die Mitverbrennung von Abfällen
Energiegewinnung aus Ersatzbrennstoffen – Problemlösung für die Zukunft?

Richtlinie über Abfälle

 
 

BRAM - Brennstoff aus Müll
Der Brennstoff wird durch eine grobe Sortierung und Brikettierung der energiereichen Bestandteile des Hausmülls gewonnen. Dadurch hat der Brennstoff eine bessere Lagerfähigkeit und ermöglicht eine effektivere Energieausnutzung des Mülls als bei der einfachen Müllverbrennung. Der Brennstoff besteht zu 70 - 85 Gew.-% aus Papier, Pappe und Kartonage, und zu 10 - 13 Gew.-% aus Kunststoff und anderen Bestandteilen. Aufgrund der Inhaltsstoffe wird die Verbrennung von BRAM auch als "thermisches Recycling" bezeichnet.
Da es sich hier weder um Recycling noch um Wiederverwertung, sondern um die Verbrennung wertvoller Rohstoffe handelt, wird die BRAM-Verbrennung immer noch kritisch gesehen. Durch den hohen Schadstoffgehalt (hoher Anteil an Schwermetallen) des Mülls entstehen erhebliche Mengen schädlicher Emissionen, die höher als bei der Steinkohle-Verbrennung sind. Aus diesem Grunde ist eine mehrstufige Rauchgasreinigung bei der Verbrennung unbedingt nötig.

 
 

BPG - Brennstoff aus produktionsspezifischen Gewerbeabfällen
Der Brennstoff wird speziell für die Öfen der Zementindustrie hergestellt.
Ausgangsstoffe sind unter anderem:
Teppiche
Kfz-Innenverkleidungen
Verbundpapiere für Lebensmittelverpackungen
Textilien
Gummi
Gemischte Kunststoffe
Grafische Papiere aus Druckereien

 
 

SBS - Substitutbrennstoff aus Siedlungsabfällen
Der Substitutbrennstoff (SBS) wird aus gezielt gewonnenen heizwertreichen Fraktionen von Siedlungsabfällen (Haus-, Sperr- und Gewerbeabfälle) hergestellt. Er besteht ausschließlich aus nicht überwachungsbedürftigen Abfällen und enthält :
Papier, Pappe, Kartonage
Kunststoffe
Holz
Textilien
Verbundstoffe

Stoffstromorientierte  Lösungsansätze für eine hochwertige Verwertung von gemischten gewerblichen Siedlungsabfällen - Umweltbundesamt

 
 
"Grüne Kohle"
Damit Bioabfälle bei der Kompostierung keine Methanemissionen (Klimagase) freisetzen und holzige Abfälle nicht fermentiert werden, können alle biogenen Reststoffe zu einem Brennstoff (Pellets, Kohlenstaub) veredelt werden.
SunCoal Biokohle
Quelle: SunCoal Industries GmbH
So kann z. B. mit dem CarboRen-Verfahren (SunCoal Industries) eine gemeinsamen Veredelung aller biogenen Reststoffe zu einem standardisierten, trockenen und festen Biobrennstoff hergestellt werden. Das Verfahren basiert auf einer hydrothermalen Karbonisierung (HTC) und einer Trocknung, die hinsichtlich der Energieeffizienz optimiert und an die Einsatzstoffe angepasst sind. Der Energiebedarf einer CarboRen-Anlage beträgt etwa 6 % der Brennstoffenergie von SunCoal und ist somit deutlich geringer als zum Beispiel der Energiebedarf einer Holzpelletierung, einem anderen Verfahren zur Biomasseveredelung.
SunCoal kann auch wie Braunkohlenstaub in dezentralen Staubfeuerungen zur Prozess- und Fernwärme-erzeugung genutzt werden. Im Vergleich zur Nutzung von Braunkohlenstaub können etwa 2 t CO2 / t SunCoal und etwa 5 tCO2 / t frischer (mit dem üblichen Wassergehalt von 50 %) biogener Reststoffe eingespart werden. Damit wird über die Veredelung von biogenen Reststoffen ein deutlich größerer Einspareffekt erreicht als bei einer Vergärung der Grünfraktion oder der direkten Verbrennung der holzigen Fraktion.
Biomasse zu Brennstoff veredeln - SunCoal Industries GmbH
 
 

Heizwert - Brennwert?

Immer wieder kommt es zu Streitigkeiten über das Ergebnis der Abgasmessungen. Warum wird bei der Aussage über die Abgasverluste oder dem feuerungstechnischen Wirkungsgrad nicht der Brennwert (alt. oberer Heizwert) zur Grundlage genommen? Dann würde es keine Prozentwerte über 100 mehr geben. Auch wäre die Vergleichbarkeit der verschiedenen Brennstoffe realer.

Heizwert (Hi)

ist die Energie, die bei einer vollständigen Verbrennung abgegeben wird, wenn Rauch- oder Abgas bei konstantem Druck bis auf die Bezugstemperatur zurückgekühlt werden. Der aus der Verbren-nung entstandene Wasserdampf bleibt aber hierbei gasförmig. Alte Bezeichnung "unterer Heizwert Hu"
Der Heizwert eines Brennstoffes war in früheren Zeiten deshalb wichtig, da es zwingend notwendig war, den Wasserdampf im Abgas durch hohe Abgastemperaturen gasförmig zu belassen, um eine mögliche Korrosion des Heizkessels oder ein Versotten des Schornsteines zu verhindern.

Brennwert (Hs)
ist die Energie, die bei einer vollständigen Verbrennung abgegeben wird, wenn das Abgas bei konstantem Druck bis auf die Bezugstemperatur zurückgekühlt wird. Der Brennwert beinhaltet also zusätzlich die durch Kondensation des entstandenen Wasserdampfes freiwerdende Energie, die Kondensationswärme. Alte Bezeichnung "oberer Heizwert Ho"
Bezogen auf den (alten) Heizwert ergeben sich für die Brennwertnutzung bei Heizöl EL und Erdgas folgende maximalen Wirkungsgrade. Das ist physikalisch durch den unterschiedlichen Wasserstoffgehalt von Heizöl EL und Erdgas bedingt.
Wirkungsgrad-Verhältnisse umrechnen Heizöl EL Erdgas Flüssiggas
Brennwert 10,57
kWh/l
9,77-11,48
kWh/m³
13,98
kWh/kg
eta bez. auf Heizwert (Hi)(alt) 105% 110% 109%
Wirkungsgrad-Multiplikator Heizwert- auf Brennwert-Bezug 0,953 0,9 0,917
eta bez. auf Brennwert (Hs)(real) 100% 100% 100%
 
Bezugsgröße Heizwert Hi
Der linke Teil des Bildes mit der Bezugsgröße Heizwert kommt nur für den Niedertemperaturkessel bei beiden Energieträgern zu identischen Wirkungsgradangaben: Bei einem Niedertemperatur-kessel ergibt sich der Gesamtverlust durch den Abgasverlust von 7% und den entgangenen Brenn-wertnutzen von 6% bei Heizöl EL zu 13%. Analog setzt er sich beim Erdgas aus 7% und 11% zu 18% Gesamtverlust zusammen.
Hier zeigt sich, daß der Energieverlust für einen mit Erdgas befeuerten Niedertemperaturkessel deutlich höher ist als bei Heizöl EL. Hier werden also 18% der (Gas-) Brennstoffkosten nicht genutzt, im herkömmlichen Sinne wird aber der Abgas- bzw. Energieverlust nur mit 7% angegeben.
Bezugsgröße Brennwert Hs
Der rechte Teil des Bildes nutzt die Bezugsgröße Brennwert (eta max = 100%). Logischerweise ergeben sich nun für beide Kessel gleiche Wirkungsgrade unabhängig vom Brennstoff.
Die Verluste reduzieren sich auf den nicht nutzbaren Anteil des Brennwerteffektes und machen die Energieeffizienz des Kessels anschaulich. Bei den Wirkungsgradangaben für den Niedertemperatur-kessel werden die tatsächlichen Energieverluste aufgezeigt, die durch den Einsatz eines Niedertem-peraturkessels hingenommen werden müssen.
 

Brennstoff

Feuchtigkeit
[%]

Brennwert
 [GJ / t]

Brennwert
[kWh / kg]

Dichte     
[ kg / m³]

Stroh:

 

 

 

 

Stroh, gelb

15

14,4

4,00

80-125

Stroh, grau

15

15,0

4,17

100-135

Stroh mit Getreide

15

15,0

4,17

200-230

Rapsstroh

15

15,0

4,17

100-130

Elefantengrass

10

15,9

4,40

130-150

Strohpellets

  8

16,0

4,44

600

Getreide

15

15,0

4,17

670-750

Rapskörner

  9

24,6

6,83

700

Holz:

Feuchtigkeit
[%]

Brennwert
 [GJ/t]

Brennwert
[kWh/kg]

Dichte     
[kg/m³]

Waldhackschnitzel, alt

40

10,4

2,89

235

Waldhackschnitzel, frisch

55

7,2

2,00

310

Sägespäne, feucht

40

4,5

2,92

240

Sägespäne, getrocknet

20

15,2

4,22

175

Weidenschnitzel, frisch

50

8,0

2,21

280

Weidenschnitzel, alt

30

12,2

3,38

200

Tannenrinde

50

7,7

2,14

280

Sägemehl

20

15,2

4,2

160-175

Scheitholz, Buche

20

14,7

4,08

400-450

Scheitholz, Buche

45

9,4

2,61

650

Holzpellets

  6

17,5

4,90

660

Andere:

Feuchtigkeit
[%]

Brennwert
 [GJ/t]

Brennwert
[kWh/kg]

Dichte     
[kg/m³]

Haushaltsmüll

30-40

9,0

2,50

 

Heizöl, schwer

 

42,7

11,86

840

Schweröl

 

40,4

11,22

980

Gebrauchtöl

 

42,0

11,67

900

Kohle

10

25,0-28,0

6,9-7,0

 

Erdgas

 

39,0

10,83

 

Braunkohle

 

18-20

5,1-5,5

 

"grüne Kohle"  
20
   

Heizöl EL

 

34,2

10,57 kWh/Liter

 

Umrechnung: 1 kcal = 4,1868 kJ / 1 kJ = 0,2388 kcal / 1 kcal = 1,163 Wh

1 Gigajoule = 109 J = 1.000 Megajoule
1 Megajoule = 106 J = 1.000 Kilojoule
1 Joule ist definitionsgemäß 1 Nm (Newtonmeter), 1 kJ demnach 1000 Nm.
Ein kg Masse erfährt in unseren Breiten die Erdanziehung von 9,81 (ca. 10) Newton.
Um ein kg Masse anzuheben sind also etwa 10 Newton an Kraft nötig. Um 1 kJ an Energie aufzubringen muss demnach z. B. eine Masse von 100 kg einen Meter hoch gehoben werden oder auch die Masse von 1 kg um 100 m gehoben werden.

 
 
Flammpunkt
Der Flammpunkt ist eine sicherheitstechnische Kenngröße bei der Lagerung, des Transportes und der Anwendung. von Ölprodukten (Heizöl EL, Diesel, Benzin, Pflanzenöl) für die Einstufung der Entzündlichkeit in der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) und Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV).
Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der sich in einem genormten Tiegel unter festgelegten Bedingungen (z. B. Pensky-Martens (> 50 °C; DIN 51758, DIN EN 22719) aus einer zu prüfenden Flüssigkeit Dämpfe (Gase) in einer Menge entwickeln, dass sich im Tiegel über dem Flüssigkeitsspiegel ein durch eine Fremdentzündung entflammbares Dampf-Luft-Gemisch bildet. Die Flamme erlischt, sobald sich das Gas/Luft-Gemisch verändert und die Flüssigkeit nicht auf den Brennpunkt der jeweiligen Flüssigkeit erwärmt wird. So kann z. B. in einem Behälter eine Flamme entstehen, die aber nach kurzer Zeit erlischt, wenn sich die Flüssigkeit nicht erwärmt.
Nach der GefStoffV/BetrSichV gibt es folgende Einstufungen:
Gefahrstoffverordnung / Betriebssicherheitsverordnung
Einstufung
Flammpunkt
Hochentzündlich
< 0 °C
Leichtentzündlich
< 21 °C
Entzündlich
< 55 °C
Keine Einstufung
> 55 °C
Ein brennbarer Stoff, der auf die jeweilige Zündtemperatur erwärmt wird, beginnt mit dem Luftsauerstoff zu reagieren und brennt. Erst wenn der Brennpunkt eines Stoffes erreicht ist, bei dem der Dampfdruck so hoch ist, dass sich das entstehende Gas/Luft-Gemisch mit einer Zündquelle entzünden lässt, entsteht eine dauerhafte Verbrennung, wenn die Zündquelle entfernt wird. Der Brennstoff brennt alleine weiter.
 

Flammpunkt

Zündtemperatur
Heizöl EL
> 55 °C
220 °C
Diesel
67 °C
255 °C
Biodiesel - SME/RME
186 °C
285/283 °C
Benzin
< -20 °C
200 - 410 °C
Pflanzenöl (Rapsöl)
220 °C
ca. 300 °C
Holz  
280 - 340 °C
Kohle  
240 - 280 °C
Stroh  
250 - 300 °C
 
 
Viskosität
Die Zähflüssigkeit einer Flüssigkeit wird als Viskosität bezeichnet.
  • Je größer die Viskosität, desto dickflüssiger bzw. weniger fließfähig ist die Flüssigkeit
  • Je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger bzw. fließfähiger ist die Flüssigkeit
Man nennt die Viskosität auch innere Reibung, weil die Teilchen in zähen Flüssigkeiten stärker aneinander gebunden und dadurch unbeweglicher sind.
Wenn eine Flüssigkeit eine Viskosität von 1 Ns/m² hat, wird eine Kraft von 1 N benötigt, um eine Platte von 1 m² und einem Plattenabstand von 1 m mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s gegeneinander zu verschieben. Die SI-Einheit ist kg / (m * s).
Das Verhältnis zwischen der dynamischen Viskosität und der Dichte einer Flüssigkeit ergibt die kinematische Viskosität. Diese hat einen Einfluss auf den hydraulischen Abgleich und der Volumenstrommessung.
Kinematische Viskosität verschiedener Wasser/Antifrogen L-Gemische
Quelle: Clariant GmbH, Divisions Chemicals
Wasser hat eine kinematische Viskosität (Zähigkeit) von 1 mm²/s bei 20 °C. Den meisten Kühl- und Solaranlagen werden dem Wasser Inhibitoren beigemischt. Diese Frost- bzw. Korrosionsschutzmittel, meistens Propylenglykol, sollen die Korrosion und/oder das Einfrieren dieser Anlagen verhindern. Auch in behandelten Heizungsanlagen befinden sich zunehmend Inhibitoren, um eine Korrosion und Verschlammung zu verhindern. Durch diesen Beimischungen ergeben sich, je nach dem prozentualem Mischungsverhältnis, andere physikalische Stoffwerte gebenüber dem reinem Wasser.
Die geänderten Stoffwerte führen dazu, dass die angezeigte Durchflussmenge in einem Volumstrommessgerät, z. B. bei taconova-Setter, von der tatsächlichen Durchflussmenge abweicht. Hier müssen Korrekturwerte für die kinematische Viskosität des Wasser/Frostschutz-Gemisches für die Bestimmung des tatsächlichen Durchflusses verwendet werden. Diese Werte sind aus den Produktunterlagen und Diagrammen der Hersteller von Inhibitoren zu entnehmen.
Je nach dem Mischungsverhältnis und der Temperatur können die angezeigten Durchflussmengen von den tatsachlichen Durchflussmengen abweichen

 

Korrekturwerte für die tatsächliche Durchflussmenge gegenüber der angezeigten Durchflussmenge
Quelle: OSTACO AG
Die dynamische Viskosität beschreibt die innere Reibung von Flüssigkeiten. Dabei ist der Widerstand gegen einen erzwungenen, irreversiblen Ortswechsel der Volumenelemente der Flüssigkeit gemeint. Bei Newton'schen Flüssigkeiten ist die dynamische Viskosität unabhängig von der Schergeschwindigkeit dv/dy. Die dynamische Viskosität von Flüssigkeiten ist von dem Strömungszustand, der Temperatur und dem Druck abhängig.
Viskositäts-Temperatur-Verhalten von Heizöl EL
Quelle: IWO
Die Viskosität bei Heizöl EL ist wie die Dichte eine temperaturabhängige Größe, die in mm2/s bei 20 °C angegeben wird. Bei der Verwendung der früher üblichen Einheit cSt ergeben sich gleiche Zahlenwerte (DIN: max. 6,00 mm2/s).
Die Viskosität zeigt die Strömungseigenschaften des Heizöls in Rohrleitungen und bestimmt auch die Zerstäubungsgüte in einer Ölbrennerdüse.
Die Nachteile einer höheren Viskosität im Hinblick auf die Zerstäubung können durch eine Ölvorwärmung kompensiert werden. Dabei werden produktspezifische Unterschiede in der Viskosität, wie sie bei der Bezugstemperatur vorliegen können, stark verringert.
Beispiel:
  • Viskosität bei 20 °C > 4,0 mm2/s - 6,0 mm2/s
  • Viskosität bei 50 °C > 2,1 mm2/s - 3,0 mm2/s

Ein bei 20 °C vorhandener Viskositätsunterschied von
2 mm2/s beträgt bei 50 °C nur noch 0,9 mm2/s.

Rapsöl verfügt über eine relativ hohe Viskosität (kinematische Viskosität: 60 - 80 mm2/s bei 20 °C) . Der Pour Point von reinem Rapsöl liegt bei etwa -15 bis -18 °C (Sonnenblumenöl ist nur bis etwa +5 °C nutzbar). Durch das Beimischen von Diesel-Kraftstoff kann es auch unterhalb von -10 °C verwendet werden.
Erst wenn Pflanzenöl (Rapsöl) erwärmt wird, wird es dünnflüssiger, weil die Viskosität stark temperaturabhängig ist. Bei 20 °C ist die Viskosität erheblich größer als die von Heizöl EL. Erst bei ca. 150 °C erreicht Pflanzenöl die Viskosität von Heizöl EL.
 
 
Kälteeigenschaften von viskosen Flüssigkeiten
Um die Kälteeigenschaften von viskose Flüssigkeiten (Heizöl, Pflanzenöle, Glykole und Schmierstoffe) festzustellen, werden die Flüssigkeiten oder Stoffe im Labor durch in DIN-Normen festgeschriebene Testverfahren unter definierten Bedingungen abgekühlt.  Dabei werden die folgenden Temperaturkennwerte ermittel, die sich mit abnehmender Temperatur nacheinander einstellen:

1. Cloud Point (CP) - (Trübungspunkt)

2. Cold Filter Plugging Point (CFPP) - (Filtrierbarkeitsgrenze)

3. Pour Point (PP - Pourpoint)

4. Stockpunkt (SP - Solidification Point)

Cloud Point
Der Cloud Point (CP - Trübungspunkt) ist der Temperaturkennwert für die Temperatur, bei der ein klares, flüssiges Öl unter festgelegten Prüfbedingungen durch die Ausscheidung von Paraffinkristallen trüb oder wolkig wird. Dabei darf er z. B. bei Heizöl EL nach DIN 51603-1 maximal bei 3 °C liegen. In der Praxis ist dieser Wert nur im Zusammenhang mit dem Cold Filter Plugging Point zu betrachten, denn die Eintrübung des Heizöls hat zunächst keine Auswirkungen auf die Anwendbarkeit. Letztendlich ist aber die Filtrierbarkeit des Öls für eine einwandfreie Funktion einer Ölanlage ausschlaggebend.
Cold Filter Plugging Point
Der Cold Filter Plugging Point (CFPP - Filtrierbarkeitsgrenze) ist die Temperatur, bei der ein Prüffilter unter festgelegten Bedingungen durch ausgefallene Paraffine verstopft. Die Grenzwerte sind in Abhängigkeit vom Cloud Point (CP - Trübungspunkt) festgelegt. Nach der DIN EN 116 sind die Grenzwerte:
  • max. –12 °C bei einem CP von +3 °C
  • max. –11 °C bei einem CP von +2 °C
  • max. –10 °C bei einem CP von <=+1 °C

Das Kälteverhalten z. B. eines Heizöls ist für den Transports, der Lagerung und Anwendung in einer Ölanlage wichtig. Deswegen wird meistens  direkt in den Raffinerien oder Tanklägern spezielle Fließverbesserer (Filtrierbarkeitsverbesserer > Additive) dem Öl beigemischt.  Dadurch kann das Heizöl EL noch bei Temperaturen deutlich unterhalb des Cloud Points eingesetzt werden, wobei der Cloud Point durch diese Additive nicht verändert wird. Die Ölanlagen müssen aber auch dann frostfrei installiert sein.

Pour Point

Der Pour Point (PP) ist der Temperaturkennwert für die niedrigste Temperatur, bei der ein Öl gerade noch fließt, wenn es unter festgelegten Bedingungen abgekühlt wird. Dieser Laborwert beschreibt die untere Grenze für das Fließen eines Öles in einer Rohrleitung.  In der Praxis ist dieser Wert weniger aussagefähig, da z. B. der Ölfilter vor dem Brenner  bereits bei Temperaturen oberhalb des Pour Point verstopfen kann (Cold Filter Plugging Point). Da der Pour Point in der Praxis nicht relevant ist, gibt es auch keine speziellen Kennwerte.

So liegt z. B. der Pour Point von Heizöl EL bei < -12  °C, Rapsöl bei ca. -15 bis -18 °C und Sonnenblumenöl bei ca. +5 °C.
Stockpunkt
Der Stockpunkt (SP - Solidification Point) ist die Temperatur, bei der eine viskose Flüssigkeit (Heizöl, Pflanzenöl, Glykol) erstarrt und nicht mehr fließfähig ist. Man sagt auch, dass die Flüssigkeit unter seinem Eigengewicht aufhält zu fließen. Der Stockpunkt liegt um ca. 3 – 5 °C tiefer als der Pour Point.
Da die Paraffinausfällung ein reversibler Prozess ist, lässt sich das Paraffin* auch wieder in den flüssigen Zustand zurückbringen. Dabei muss z. B. das Heizöl und die Berührungsflächen (Tank- und Rohrwandungen) eine gleichmäßige Temperatur von mindestens +20 °C (Schmelzpunkt von Paraffin +10°C) erreichen.
 
 
Heizölzusätze - Additive
Additive (Heizölzusätze) sind Fließ-, Stabilitäts- und Verbrennungsverbesserer, die bestimmte produkt- bzw. anwendungsspezifische Eigenschaften verstärken. In vielen Additivpaketen werden verschiedene Wirkstoffe miteinander kombiniert, wobei die Dosierung nach den Herstellerangaben vorzunehmen ist. Heizöl EL ist wegen der geforderten Kälteeigenschaften in der Regel bereits ab der Raffinerie additiviert. Über die Zugabe von Geruchsüberdeckern wird immer wieder gestritten.
Fließverbesserer bzw. Filtrierbarkeitsverbesserer werden dem Heizöl EL schon in der Raffinerie beigefügt. Die Zugabe zum Heizöl EL ist nur sinnvoll, bevor die Paraffinausscheidung eingesetzt hat. Diese Additive bestehen aus aschefreien Polymeren, die sich im Heizöl EL lösen und das Wachstum der Paraffinkristalle bei tiefen Temperaturen begrenzen. Dadurch bleibt das durch Paraffinkristalle eingetrübte Heizöl EL filtrierfähig. Diese Maßnahme ist dann besonders wichtig, wenn eine frostgeschützte Lagerung des Heizöls und die Frostfreiheit der Ölanlage nicht regelmäßig einzuhalten ist.
Der Grenzwert der Filtrierbarkeit (CFPP) in handelsüblichem Heizöl EL kann dadurch gegenüber dem von der Raffinerie eingestellten Wert abgesenkt werden. Der Beginn der Paraffinausscheidung (CP) wird durch Fließverbesserer nicht herabgesetzt.
*Paraffin 

Paraffin ist eine farblose, klare, ölige Flüssigkeit, die ein Gemisch langkettiger, aliphatischer, gesättigter Kohlenwasserstoffe ist (z. B. ein langkettiges Alkan [C17H36]) . Es kommt im Erdöl, im Schiefer, in der Torfkohle und in der Braunkohle vor. Außerdem werden Paraffine auch in Kosmetikartikel (Vaseline) und im Kerzenwachs neben Stearin und Bienenwachs verwendet.

Paraffin ist ein Bestandteil des Heizöls und ist in seiner flüssigen Form nicht sichtbar. Bei einer Temperatur von + 3 °C beginnt das im Heizöl gelöste Paraffin zu verflocken. Bei einer Temperatur von 10 °C beginnt das Paraffin zu schmelzen und verflüssigt sich wieder, vermischt sich aber nicht wieder mit dem Heizöl. Fließverbesserer bzw. Filtrierbarkeitsverbesserer werden dem Heizöl EL schon in der Raffinerie beigefügt. Die Zugabe zum Heizöl EL ist nur sinnvoll, bevor die Paraffinausscheidung eingesetzt hat. Diese Additive bestehen aus aschefreien Polymeren, die sich im Heizöl EL lösen und das Wachstum der Paraffinkristalle bei tiefen Temperaturen begrenzen.

Stabilitätsverbesserer werden eingesetzt, wenn das Öl Einflüssen (Tageslicht, Luftsauerstoff, Wärme und Buntmetallen ([Kupfer, Messing]) ausgesetzt ist, die den Alterungsprozess des gelagerten Öls beschleunigen. Eine natürliche Alterung ist ein zeitabhängiger Prozess und im Normalfall unkritisch.
Durch die Sanierung der Gebäude, die eine geringere Heizlast erfordern und durch moderne Brennersysteme wird weniger Heizöl verbraucht. Die Lagerzeiten in den vorhandenen Heizöllagerbehälter verlängern sich.  Wenn entstandene Alterungsprodukte vom Brenner angesaugt werden, kann es zu Störungen am Ölbrenner kommen.
Antioxidantien, verlangsamen die Alterung des Heizöls, die als Reaktion mit dem Luftsauerstoff bei der Lagerung auftreten können. Detergentien und Dispergatoren sind in der Lage, vorhandene Alterungsprodukte im Heizöl zu binden, und können so die Öllageranlage über lange Zeit frei von Ablagerungen halten.
Auch die thermische Stabilität von Heizöl EL kann durch spezielle Additive verbessert werden. Diese können notwendig werden, wenn durch die Betriebsweise des Ölbrenners einzelne Brennerbauteile Werkstofftemperaturen von bis zu 900 °C, besonders nach dem Abschalten des Brenners im Düsenstock im Bereich des Ölvorwärmers und der Öldüse, erreichen.

Verbrennungsverbesserer reagieren auf die im Heizöl EL löslichen organischen Eisenverbindungen mit der katalytischen Eigenschaft, unterbinden die Rußbildung im Ansatz bzw. senkt die Verbrennungstemperatur von bereits vorhandenem Ruß.
In Brennern mit Abgasrezirkulation (Blaubrennern) sind diese Additive nicht erforderlich, da diese Technologie eine permanent rußfreie Verbrennung ermöglicht. Gelbbrenner können mit zunehmender Betriebsdauer aus den unterschiedlichsten Gründen ihren eingestellten Betriebspunkt verändern. Hier können die Additive den üblichen Anstieg der Rußzahl und die Bildung von Rußbelägen im Kessel reduzieren.
Ein typisches Erscheinungsbild für eine mit Verbrennungsverbesserern betriebene Anlage sind leicht rotbraune, unschädliche Beläge auf den Wänden des Feuerraums, deren Menge äußerst gering ist. Die Menge der über metallhaltige Additive eingebrachten Aschebildner ist so gering, dass bei vorschriftsmäßiger Dosierung der nach DIN 51603-1 zulässige "Asche"-Wert nicht erreicht wird.
Metallhaltige Additive sind im Heizöl EL schwefelarm nicht zulässig.

Bei der Zugabe von Additiven sind folgende Dinge zu beachten:
• Bei der Verwendung und Dosierung von Additiven sind die Herstellerangaben zu beachten.
• Wenn die Ursache von Brennerstörungen in der Zugabe eines Additivs vermutet wird, ist die Kenntnis des Produktes unerlässlich. Nur so lässt sich die Frage nach einer möglichen Mitwirkung des Additivs an der Störung klären.
• Die nachträgliche Zugabe von Fließverbesserern kann bestehende Filterverstopfungen durch Paraffinausscheidungen nicht beheben.
• Eine Gelbfärbung des Filterpapiers bei der Rußzahlmessung bedeutet nicht zwangsläufig das Vorhandensein
von Ölderivaten im Abgas. Bleibt die Färbung nach Anwendung des Fließmittels (Azeton) erhalten, handelt es sich um Eisenoxide aus dem Einsatz von Verbrennungsverbesserern.
 
 
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