mini|Holzpellets mit etwa 7 mm Durchmesser mini|Pelletiermaschine mini|Presskanäle einer Ringmatrize
Als Holzpellets werden stäbchenförmige Pellets mit einer Länge von maximal 25 Millimetern bezeichnet, die vollständig oder überwiegend aus Sägenebenprodukten oder nicht sägefähigem Industrieholz hergestellt werden. Holzpellets werden vor allem als Brennstoff genutzt, andere Brennstoffpellets sind Strohpellets oder Pellets aus halmgutartiger Biomasse, Torfpellets, Pellets aus Olivenkernen und Olivenpresstrester,olivenpellets.de Kokosnussschalen oder anderen biogenen Reststoffen.
Die Pelletierung bietet gegenüber anderen biogenen Festbrennstoffen verschiedene Vorteile, wie beispielsweise die automatisierte Nutzung als Brennstoff in speziellen Pelletheizungen (weitere Vorteile siehe Pellet#Zweck).
Holzpresslinge ab 25 Millimeter Durchmesser werden als Holzbriketts bezeichnet, für die teilweise andere Anforderungen gelten.DIN EN ISO 17225-3:2014, Beuth Verlag GmbH, 2014, S. 6.
Holzpellets werden in Kleinfeuerungen, in industriellen Feuerungsanlagen und in Kraftwerken verfeuert.Holzpellets im Kraftwerksmarkt, bei pellets.de
Hackschnitzel sind eine weitere Form der Zubereitung von Restholz für Feuerungsanlagen. Noch um das Jahr 1960 gab es Sägespäneöfen zur Wohnraumbeheizung mit zylindrischen Patronen aus Stahlblech, die händisch gestopft wurden. Eine Füllung brannte mehrere Stunden.
Geschichte Die Produktion von Holzpellets begann in Nordamerika bereits in den 1930er Jahren.Mohammad Ali Abdoli: Wood Pellet as a Renewable Source of Energy. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-74482-7, S. 53 (). 1978 baute der Flugzeugtechniker Jerry Whitfield im Gefolge der Ölpreiskrise 1973 in den USA einen Pelletofen,Rudolf Huber: Die Geschichte der Holzpellets, Firmenwebsite; (PDF-Datei) der mit gepressten Sägemehlresten, die dem damaligen Kaninchenfutter ähnlich sahen, geheizt wurde. Er erreichte damit weniger Staub-Emissionen in den Abgasen als bei Stückholzöfen. Als er seine Erfindung 1984 auf der jährlichen Wood Heating Alliance Show (Reno, Nevada) vorstellte,Steve Wilhelm: Burning ambition fuels stove maker, bei bizjournals.com erhielt er binnen vier Tagen über 1.000 Ofenbestellungen.Pellets – eine österreichische Erfolgsgeschichte; bei propellets.at (Lobbyorganisation zur Absatzförderung von Holzpellets) In Europa fasste die Nutzung von Holzpellets zuerst in Schweden, Dänemark und Österreich Fuß. Ab 1985 wurden in Schweden getrocknete Holzpellets zur Befeuerung von Kraftwerken eingesetzt, weil Transport und Verfeuerung nasser Holzspäne zu teuer gekommen wäre. Ab 1993 begannen österreichische Heizkesselbauer Pelletöfen in die USA zu exportieren und gleichzeitig den Markt in Österreich zu entwickeln. 1996 wurden Holzpellets in Deutschland als Brennstoff zugelassen und etablierten sich wenig später am deutschen Markt.
Herstellung Die Herstellung von Holzpellets erfolgt – zumindest in Deutschland – meist nahe der Rohstoffquelle. Das sind z. B. Säge- und Hobelwerke, in denen als Kuppelprodukt Holzabfälle (Hackschnitzel, Säge- und Hobelspäne) anfallen. Rund 10 % der Holzpellets werden auch aus nicht sägefähigem Industrieholz erzeugt.
Das Rohmaterial hat bei der Ankunft im Pelletwerk zumeist einen Wassergehalt von 35 bis 45 m-%. Die Rohstoffe werden danach zerkleinert, beispielsweise durch eine Hammermühle. An das Pelletwerk oder die Holzverarbeitung angeschlossene Biomasseheizwerke oder Biomasseheizkraftwerke können die Wärme zur Trocknung der Rohstoffe liefern. Im nächsten Arbeitsschritt wird das Material konditioniert. Dabei soll ein gleichmäßiger Wassergehalt im Rohmaterial erreicht werden. Auch kann in diesem Arbeitsschritt Stärke als Presshilfsmittel hinzugegeben werden. Anschließend erfolgt der eigentliche Pressvorgang, bei der in einer Pelletieranlage die Pellets geformt werden. Das Material wird unter hohem Druck durch eine Stahlmatrize (Ring- oder Flachmatrize) mit Bohrungen im gewünschten Pelletdurchmesser (je nach Matrize 6 oder 10 mm) gepresst. Durch den Druck und die Reibung im Presskanal findet eine Erwärmung statt. Das im Holz enthaltene Lignin wird dadurch verflüssigt, sodass es als Bindemittel fungiert. Beim Austreten aus der Matrize schneidet zumeist ein Abstreifmesser die Stränge zu Pellets der gewünschten Länge (z. B. Maximallänge 40 mm). Es gibt aber bereits neuere Technologien, bei der die Pellets durch eine Drehbewegung abgelängt werden. Da sich die Pellets beim Pressvorgang auf bis zu 130 °C erhitzen können, werden sie direkt im Anschluss gekühlt.
Der Energieaufwand bei der Pelletherstellung aus Sägeresten beträgt üblicherweise ca. 2,7 % des Energiegehaltes. Dieser Aufwand ist im Vergleich zu anderen Brennstoffen wie Erdgas (10 %) und Heizöl (12 %) sehr gering. Wird hingegen feuchtes Industrie- oder Waldrestholz zur Pelletierung benutzt, kann die benötigte Energie zwischen 3 und 17 % betragen.
Eigenschaften und Normung Für Holzpellets gilt die ISO 17225 „Biogene Festbrennstoffe – Brennstoffspezifikationen und -klassen“. Zur Anwendungen kommen Teil 1 „Allgemeine Anforderungen“ und Teil 2 „Klassifizierung von Holzpellets“ der Norm. In Teil 1 werden Herkunft und Quelle für Rohstoffe für die verschiedenen biogenen Festbrennstoffe definiert, auf die in den anderen Teilen der Norm Bezug genommen wird. Außerdem werden Grenzwertklassen für die wesentlichen Qualitätsparameter für die Brennstoffe definiert, darunter auch für Holzpellets. Teil 2 legt Spezifikationen zur Klassifizierung von Pellets fest und unterscheidet dabei zwischen Holzpellets für Kleinfeuerungsanlagen („Verwendung im gewerblichen und häuslichen Bereich“) und Holzpellets für die industrielle Verwendung. Gegenüber Teil 1 werden hier Qualitätsklassen gebildet, in denen die Grenzwerte für verschiedene Parameter zusammengeführt werden.DIN EN ISO 17225-1:2021. Beuth, 2021, S. 24–27.DIN EN ISO 17225-2:2021. Beuth, 2021, S. 11–14.
Holzpellets zur industriellen Verwendung
Für die Definition von Pellets für die industrielle Verwendung nach ISO 17225 gibt es zwei Möglichkeiten: entweder über Zusammenstellung von Grenzwerten für die einzelnen Parameter gemäß ISO 17225-1 oder die Nutzung vordefinierter Klassen für Pellets für die industrielle Verwendung („I-Klassen“) aus ISO 17225-2. Holzpellets werden in vier Größenklassen und der Wassergehaltsklassen M10 u mit maximal 10 % Wassergehalt gehandelt. Für Aschegehalt (A), mechanische Festigkeit (DU), Feingutanteil (F) und Schüttdichte (BD) sowie für Schwefel- (S), Stickstoff (N) und Chlorgehalt (Cl) sind ebenfalls Klassen festgelegt. Der Gehalt von Additiven ist auf unter 3 m-% limitiert, und Art und Menge müssen angegeben werden. Ebenso sollte die Ascheerweichungstemperatur DT angegeben werden. Die Schüttdichte muss mindestens 600 kg/m³ betragen.DIN EN ISO 17225-2:2021, Beuth Verlag GmbH, S. 13, 14, 18.
Holzpellets zur Verwendung im gewerblichen und häuslichen Bereich
Zur nichtindustriellen Verwendung finden nach der ISO 17225-2 nur Pellets mit den Durchmessergrößen D06 und D08 in Wassergehaltsklasse M10 Verwendung. Die Schüttdichte muss mindestens 600 kg/m³, der Feingutanteil darf höchstens 1 %, der Additivgehalt höchstens 2 % betragen. Es sind drei Eigenschaftsklassen festgelegt: A1, A2 und B. Für die Qualitätsklasse A1 gelten die strengsten Anforderungen. Pellets der Klassen A1 und A2 sind aus erntefrischem Holz oder chemisch unbehandelten Holzrückständen hergestellt, im Fall von A1 aus Material mit geringem Asche- und Stickstoffgehalt, bei A2 sind Materialien mit geringfügig höherem Asche- und Stickstoffgehalt möglich (z. B. bei Pellets aus Vollbäumen, Waldrestholz oder Rinden). Pellets der Klasse B können auch aus Industrie-Restholz und chemisch unbehandeltem Gebrauchtholz bestehen und dürfen einen höheren Asche- und Stickstoffgehalt haben. Außerdem ist jeweils ein Mindestwert für den Heizwert und die mechanische Festigkeit festgelegt.DIN EN ISO 17225-2:2021, Beuth Verlag, 2021, S. 11–12. Die Festigkeitsprüfung nach ISO 17831-1 beinhaltet eine zehnminütige Behandlung in einem rotierenden Kasten mit Prallblech. Vor und nach dieser Behandlung wird die Probe durch ein Lochblech mit Löchern von 3,15 mm Durchmesser gesiebt, um die Menge des neu entstandenen Feinanteils zu prüfen.DIN EN ISO 17831-1:2015, Beuth Verlag, 2015. Eigenschaft Klasse A1 Klasse A2 Klasse B Aschegehalt A0.7 max. 0,7 % A1.2 max. 1,2 % A2.0 max. 2,0 % Stickstoffgehalt N0.3 max. 0,3 % N0.5 max. 0,5 % N1.0 max. 1,0 % Festigkeit bei 6 mm Durchmesser DU98 min. 98 % DU97.5 min. 97,5 % DU96.5 min. 96,5 % Heizwert Q16.5 >16,5 MJ/kg Q16.5 >16,5 MJ/kg Q16.5 >16,5 MJ/kg Für Schwefel-, Chlor- und Schwermetallgehalte sind Grenzwerte festgelegt. Für die Ascheerweichungstemperatur (DT) sind Grenzwerte definiert, nicht jedoch für die anderen Parameter zur Charakterisierung des Ascheschmelzverhaltens. Die Angabe der entsprechenden Temperaturen (Temperatur zu Beginn der Schrumpfung, Halbkugeltemperatur und Fließtemperatur) wird aber empfohlen.
Um die Einhaltung der ISO 17225-2 für den Verbraucher zu gewährleisten, gibt es in Deutschland und im internationalen Raum zwei Zertifizierungssysteme: DINplus und ENplus. In beiden Zertifizierungen werden die Produktionsstätten jährlich überprüft. Diese Kontrollen sind bei DINplus nach Möglichkeit unangekündigt und seit November 2021 werden je nach Ergebnis der Qualitätsüberprüfung weitere nicht angekündigte Probenahmen innerhalb eines Jahres zur Überprüfung der Pelletqualität gefordert. Seit Ende 2021 gibt es in ENplus-zertifizierten Produktionsstätten zusätzlich eine unangekündigte Überprüfung der Pelletqualität durch eine Probenahme.
Die TÜV Rheinland – DIN CERTCO GmbH ist die benannte Zertifizierungsstelle zur Vergabe des international gültigen Zertifizierungszeichens DINplus, welche mit einem international tätigen Netzwerk aus akkreditierten Prüfpartnern und Inspektionsstellen zusammenarbeitet. Das Zertifizierungsprogramm basiert auf der international gültigen Norm DIN EN ISO 17225-2 und zertifiziert ausschließlich die höchsten Anforderungen nach A1 und fordert darüber hinaus weitere Anforderungen. Es wurde 2002 entworfen und seither immer an die neuen Anforderungen des Marktes sowie der aktuell gültigen Normen angepasst. Es wird zudem in der BImSchV als Nachweis referenziert, wobei sich das darin referenzierte DINplus-Programm seither weiterentwickelt hat und die Anforderungen darin gestiegen sind. Bei DINplus werden bei Produzenten als auch Händlern u. a. die genutzten Rohmaterialien, die Rohmaterialeingangskontrollen, die Produktion, die internen Produktionssicherungen inklusive regelmäßiger interner Messungen, Kalibrierungen der Messmittel, Wartungen der Anlagen, internen Schulungen von Mitarbeitern, Reklamationsmanagement, Korrekturmaßnahmen, Warenausgang sowie Endverbraucherhinweise für die Produkte kontrolliert. Zudem wird eine Probe entnommen und von einem unabhängigen akkreditiertem Labor auf die Verbrennungseigenschaften überprüft. DINplus fordert dabei, über die Anforderungen der Norm hinaus, einen geringeren Aschegehalt von 0,6 %, welcher für die Emissionen eine große Bedeutung hat. Daneben wird in einem separaten Zertifizierungsprogramm die Lagerung und Logistik der Pellets zertifiziert. Zudem gibt es in einem weiteren DINplus-Programm eine Zertifizierung für Pelletöfen. Somit wird über die DINplus-Zertifizierungen die gesamte Kette von der Warenannahme, über die Produktion, bis hin zur Verladung und Verbrennung beim Endverbraucher überprüft.