Holzvergaser Liebi LNC (Optimierter emissionsarmer Retrofit-Holzgas-Brenner mit grossem Regelbereich)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 510.13.15

Schlüsselwörter (Deutsch)

Öl-Heizungen, erneuerbare Biomasse, Holzfeuerungen, Feinstaub, emissionsarme Biomasseverbrennung, Holzgasbrenners, Vergasungsstufe, Emissionen, Ölfeuerungen, Holzvergaser

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Der heutige Bestand an kleinen Öl-Heizungen in Ein- und Zwei-Familienhäusern beträgt rund 500'000 Stk. in der Schweiz. Es ist davon auszugehen, dass künftig vermehrt eine Umstellung der Heizung auf erneuerbare Biomasse wie Holz zu erwarten ist. Holzfeuerungen tragen aber noch zu einem wesentlichen Teil zur Feinstaub-Problematik bei. Saubere und geruchsfreie Holzfeuerungen sind eine Voraussetzung für die Verbreitung von Holzheizungen bei der Ablösung der fossilen Energieträger.

Das Projekt erarbeitet die Grundlagen für eine emissionsarme Biomasseverbrennung und umfasst die Entwicklung eines Pellet-Holzgasbrenners bezüglich schadstoffarmer, energetisch optimierter Nutzung.

Durch die Kombination mit einer Vergasungsstufe sind optimale Ergebnisse zu erwarten. Mit der Entwicklung eines Holzgasbrenners, welcher gegenüber dem heutigen Stand der Technik um eine 10er-Potenz niedrigere Emissionen aufweist, werden neue Holzfeuerungen die Smog- und Feinstaubproblematik entschärfen können, auch wenn Ölfeuerungen im grossen Stil durch Holzfeuerungen ersetzt werden. 

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 22.05.2015 (Beilage 1) an der Sitzung der Koko UT vom 18.06.2015 (Entscheid: Beilage 2) genehmigt.

Das BFE beteiligt sich finanziell am Projekt und unterstützt die Aspekte der Energieeffizienz

Projektziele (Deutsch)

Ein optimierter Holzgasbrenner der finnischen Firma Pyro-Man Oy mit einer modulierbaren thermischen Leistung von 5 bis 20 kW soll entwickelt werden. Ein automatischer Betrieb (von Zünden über Leistungs- und Verbrennungsregelung bis zum Brennerstopp und Ascheaustrag) gewährleistet niedrige durchschnittliche Emissionen und verhindert Bedienungsfehler.

Folgende Emissionswerte (bei Referenzbedingung 13 Vol.%tr. O2) sollen erreicht
werden (über alle Betriebsphasen, von Zündung bis Abschalten):

• CO-Emissionen < 50 mg/Nm3
• Staubemissionen (PM) ohne Partikelabscheider < 5 mg/Nm3
• Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (OGC) < 10 mg/Nm3

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

In der ersten Phase wurden die Grundlagen für die Vergasungstechnik untersucht und verstanden. Dazu wurde ein Prototyp der finnischen Firma Pyro-Man Oy im Verbrennungslabor der Fachhoch-schule Nordwestschweiz FHNW aufgebaut und getestet.
Basierend auf dem Wissen wurde ein neuer Brenner (Prototyp HGB 50) an der FHNW hergestellt und getestet. Durch viele Parametervariationen konnten emissionsarme Betriebsfenster mit CO-Emissionen < 20 mg/m3 gefunden werden. Ebenso wurde durch ein optimiertes Startverhalten die CO Fracht (Gesamtausstoss) verglichen zum Pyro-Man Oy Brenner um mehr als Faktor 4 reduziert.

In der letzten Projektphase wurden die Schwachstellen des Prototyps HGB 50 analysiert, um schliess-lich eine überarbeitete Version herzustellen. Dies betraf hauptsächlich die fehlende Dauerbetriebsfä-higkeit wegen Versottungs- und Verschlackungserscheinungen sowie die Automatisierung des Be-triebs.
Aus diesen Erkenntnissen wurde ein optimierter Holzgasbrenner mit einer modulierbaren Leistung von 15-40 kW entwickelt. Die Start- und Stopp Phasen wurden optimiert und automatisiert. Die Zielwerte der CO Emissionen wurden über den ganzen Leistungsbereich erreicht. Die Werte der Staubemissio-nen sind teilweise leicht höher als die gesetzten Zielwerte, jedoch deutlich unterhalb des gesetzlichen Grenzwertes.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

An der FHNW wurden die Grundlagen der Vergasungstechnik verstanden und ein neuer Prototyp gebaut, getestet sowie auch weiteroptimiert und automatisiert. Nun gilt es in den nächsten Schritten, einen marktfähigen Feldtestbrenner herzustellen und über längere Zeit auszutesten.
Mit der finanziellen Unterstützung von Innosuisse (ehemalig KTI) wird der zweite Teil der letzten Pro-jektphase (Phase 3, Teil 2: «Produktentwicklung und Markteinführung») umgesetzt.
Die nächsten Schritte zusammengefasst:

- Prototyp optimieren (2018)
- Bau eines Feldtestbrenners (2019)
- Feldtests und Typenprüfung (2019/2020)
- Sukzessive Markteinführung (ab 2020 mit Partnerfirma)

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Es werden die letzten Optimierungen am Prototyp vorgenommen. Danach wird der optimierte Holz-gasbrenner im Feld getestet.
Weitere wichtige Schritte sind die Durchführung der Typenprüfung sowie die Zertifizierung für die gesetzlich erforderliche Zulassung durch die Vereinigung der Kantonalen Feuerversicherungen (VKF).
Mit der Zulassung sind die Rahmenbedingungen für eine Einführung des Holzgasbrenners HGB im Markt gegeben.
Die niedrigen Staubemissionen erlauben es, den Brenner ohne zusätzlichen Elektrofilter zu betrei-ben. Dies verschafft der Firma Liebi LNC einen Marktvorteil. Gegebenenfalls wird ein Export in die deutschsprachigen Nachbarstaaten in Erwägung gezogen. Eine Zusammenarbeit mit ETA (Öster-reich) ist auch angedacht.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

«Schadstoffarmer Retrofit-Holzgasbrenner für Holzpellets», 14. Holzenergiesymposium (2016) an derETH Zürich (ISBN 03-908705-31-2), J. Wüest, T. Griffin, M. Keusch, J.M. Kaiser, M. Liebau

«Low Emissions, Retrofit, Wood Gas Burner for Wood Pellets» at the 5. Central European Conferencein Graz, J. Wüest, T. Griffin, M. Keusch, J.M. Kaiser, M. Liebau