Strom aus Pellets: ist das wirklich möglich?

Ja, es ist möglich, aus Pellets elektrische Energie zu erzeugen, allerdings nicht mit einem herkömmlichen Ofen oder Heizkessel.

Gängige Pelletanlagen verbrauchen elektrische Energie für den Betrieb von Gebläsen, Förderschnecken und Zündsystemen, sind jedoch nicht darauf ausgelegt, sie zu erzeugen. Um aus Biomasse elektrische Energie zu gewinnen, muss eine Umwandlungstechnologie integriert werden, die in der Lage ist, die bei der Verbrennung entstehende Wärme in elektrische Energie umzuwandeln.

Genau dies ist das Grundprinzip der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung mit Pellets, einer Technologie, die es ermöglicht, aus einer einzigen Energiequelle gleichzeitig Wärme und elektrische Energie zu erzeugen.

Warum ein Pelletofen keinen Strom erzeugt

Die Verbrennung von Pellets erzeugt thermische Energie, keinen elektrischen Strom. Um Wärme in elektrische Energie umzuwandeln, ist ein weiterer technologischer Schritt erforderlich:

  1. Verbrennung der Biomasse;
  2. Umwandlung der Wärme in mechanische oder direkt in elektrische Energie;
  3. Erzeugung nutzbarer elektrischer Energie.

Ein herkömmlicher Ofen oder Heizkessel bleibt beim ersten Schritt stehen: Die Wärme wird zur Erwärmung des Heizungswassers oder der Wohnräume genutzt.

Die heute verfügbaren Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien mit Pellets

Derzeit gibt es mehrere technologische Lösungen zur Erzeugung elektrischer Energie aus Pellets oder anderer fester Biomasse. Jede weist unterschiedliche Merkmale hinsichtlich Leistung, Wirkungsgrad, Anlagenkomplexität und Nutzungsflexibilität auf.

1. Stirlingmotor, angetrieben durch die direkte Verbrennung von Pellets

Der Stirlingmotor ist ein extern befeuerter Motor, der den Temperaturunterschied zwischen einer heißen und einer kalten Quelle nutzt, um eine mechanische Bewegung und damit elektrische Energie zu erzeugen. Bei dieser Konfiguration wird die für den Motor erforderliche Wärme direkt durch die Verbrennung von Pellets bereitgestellt. Dieses Prinzip liegt einer seit 2015 auf dem Markt erhältlichen Lösung aus dem europäischen Raum zugrunde.

Um das Funktionsprinzip des Stirlingmotors vertiefend zu betrachten, steht der entsprechende Artikel zur Verfügung.

2. Vergasung mit Verbrennungsmotor

Bei dieser Technologie wird die Biomasse nicht direkt verbrannt. Der Brennstoff wird zunächst durch einen Pyrolyse- und Vergasungsprozess in Synthesegas umgewandelt. Das erzeugte Gas wird anschließend abgekühlt, gereinigt und zum Antrieb eines Verbrennungsmotors verwendet, der mit einem Stromgenerator verbunden ist.

Diese Lösung findet vor allem bei Anlagen größerer Leistungsklasse Anwendung, in der Regel ab etwa 20 kWe, und eignet sich weniger für kleine Hausanlagen.

3. Vergasung mit Stirlingmotor

Dies ist die vom BioGS-1.0 verwendete Technologie. Auch hier wird die Biomasse zunächst durch Vergasung in Synthesegas umgewandelt. Das Synthesegas wird anschließend in einer eigenen Brennkammer verbrannt, um die für den Stirlingmotor erforderliche Wärme zu liefern.

Im Vergleich zur direkten Verbrennung von Pellets bietet dieser Ansatz mehrere Vorteile:

  • höhere Verbrennungstemperaturen;
  • höherer Wirkungsgrad bei der Stromumwandlung;
  • geringere Abgasemissionen;
  • bessere Prozesskontrolle;
  • größere Flexibilität hinsichtlich der verwendbaren Biomasseart.

Die Trennung zwischen Vergasungsphase und Energieumwandlungsphase ermöglicht zudem ein effizienteres Brennstoffmanagement.

In der Standardkonfiguration erzeugt das BioGS-1.0 24 kWh elektrische und 140 kWh thermische Energie pro Tag, bei einem Verbrauch von etwa 1,9 kg/h Pellets (oder gleichwertiger Biomasse) und einer Biokohleproduktion von 220-240 g/h.

4. Thermoelektrische Generatoren auf Basis des Seebeck-Effekts

Der Seebeck-Effekt ermöglicht es, einen Temperaturunterschied direkt in elektrischen Strom umzuwandeln, ohne Motoren oder bewegte mechanische Teile. Es handelt sich um eine reale und etablierte Technologie für:

  • autonome Sensoren;
  • tragbare Geräte;
  • Anwendungen mit sehr geringer Leistung.

Im Bereich der häuslichen Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung bleibt sie jedoch nach wie vor eine experimentelle Lösung, vor allem aufgrund des begrenzten Umwandlungswirkungsgrads im Vergleich zu Technologien, die auf dem Stirlingmotor oder der Vergasung basieren.

Welche Technologien sind heute am ausgereiftesten?

Im Wohnbereich und in der Kleinst-Kraft-Wärme-Kopplung sind die technologisch am weitesten etablierten Lösungen jene, die auf dem Stirlingmotor basieren. Die konstruktive Einfachheit, der geringe Wartungsaufwand und die Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb haben ihre Verbreitung gegenüber anderen Technologien begünstigt.

Der wesentliche Unterschied betrifft dagegen die verwendete Wärmequelle:

  • direkte Verbrennung von Pellets;
  • Vergasung der Biomasse mit anschließender Verbrennung des Synthesegases.

Vergasung oder direkte Verbrennung: welche Unterschiede?

Beide Ansätze ermöglichen die gleichzeitige Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie, weisen jedoch unterschiedliche Merkmale auf.

Größere Flexibilität bei der Wahl der Biomasse
Die Vergasung ermöglicht die Nutzung eines breiteren Spektrums an Brennstoffen im Vergleich zu Systemen, die zertifizierte Pellets erfordern. Dies kann die Betriebskosten senken und die Verfügbarkeit des Brennstoffs erhöhen.

Biokohleproduktion
Einer der interessantesten Vorteile der Vergasung ist die Produktion von Biokohle. Biokohle ist ein stabiler Pflanzenkohlenstoff, der als landwirtschaftlicher Bodenverbesserer und als Instrument zur Kohlenstoffsequestrierung genutzt werden kann. Bei Systemen mit direkter Verbrennung entsteht dieses Nebenprodukt nicht.

Potenziell negative Kohlenstoffbilanz
Ein Teil des in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffs wird in der Biokohle gebunden, anstatt in die Atmosphäre zurückzukehren. Aus diesem Grund kann ein auf Vergasung basierendes System bei nachhaltiger Bewirtschaftung des gesamten Kreislaufs eine carbon-negative Bilanz erreichen.

Fazit

Die Erzeugung elektrischer Energie aus Pellets ist dank Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungssystemen technisch möglich. Zu den heute verfügbaren Technologien zählen Stirlingmotoren, die direkt durch die Verbrennung von Pellets angetrieben werden, Vergasungssysteme mit Verbrennungsmotor, Vergasung mit Stirlingmotor sowie thermoelektrische Generatoren auf Basis des Seebeck-Effekts. Unter diesen stellen die auf dem Stirlingmotor basierenden Lösungen heute den Referenzpunkt für die Kleinst-Kraft-Wärme-Kopplung dar, während die Vergasung zusätzliche Vorteile wie Flexibilität bei der Biomassenutzung, Biokohleproduktion und eine potenziell carbon-negative Bilanz bietet.

Für weitere Informationen zu Dimensionierung, Autonomie und Installation konsultieren Sie auch die FAQ-Seite.