Bio-energie – Techniek – Verbranding Warmtekrachtinstallaties voor schoon hout (bio-wkk)

Brandstof Houtverbrandingsinstallaties in warmtekrachttoepassing (bio-wkk's) zijn geschikt voor verschillende brandstoffen. Deze relatief grote installaties zijn vaak voorzien van een rooster waarop de brandstoffen verbrand worden. Ze kunnen daardoor houtige brandstoffen verwerken met een variabele stukgrootte, energie-inhoud en herkomst:

• houtsnippers uit bossen, landschappelijke elementen, haagbeplantingen, laanbomen en dergelijke

• gemengd plantsoenafval • hout uit compostering • schoon bewerkt hout (a-hout) • sloophout (b-hout)

Daarnaast kunnen bio-wkk’s min of meer droge reststromen uit de agro- of voedingsindustrie verbranden, zoals doppen, vliezen en stro. Deze stromen worden echter in Nederland niet als brandstof in bio-wkk’s toegepast.

Houtsnippers Houtsnippers worden gemaakt van vers rooi-, snoei- en tophout hout of andere onderdelen van bomen die niet geschikt zijn als rondhout of zaaghout. Een versnipperaar snijdt het hout met speciale messen als het ware in plakjes. Deze vorm van verkleinen voorkomt dat de snippers een al te vezelig karakter krijgen, wat problemen kan geven tijdens het verwerkingsproces. Verkleining door middel van een shredder levert snippers op van veel mindere kwaliteit. De afmetingen van de houtsnippers liggen tussen de 10 en 200 mm. Vochtgehalte Afhankelijk van het seizoen bevatten verse houtsnippers (ook wel houtchips genoemd) 40-65 procent vocht. Door droging in de buitenlucht daalt het vochtpercentage in twee jaar tijd naar circa 25 procent. Voor de toepassing in de bio-wkk wordt bij voorkeur gebruikgemaakt van min of meer gestandaardiseerde snippers met een vochtgehalte dat niet hoger is dan 35 procent. Er zijn echter ook systemen die houtsnippers met hogere vochtgehaltes (circa 50 procent) gebruiken.

Vochtgehalte houtsnippers Energie-inhoud 0% 18 MJ/kg 35% 11 MJ/kg 60% 6 MJ/kg

Figuur 1. Relatie tussen vochtgehalte en energie-inhoud. Verontreiniging in de vorm van zand en restafval mag maximaal 5 procent van het gewicht bedragen, net als het gewichtprocent aan blad.

Prijs De prijs van houtsnippers is afhankelijk van de energie-inhoud en andere kwaliteitskenmerken. Verder speelt de afstand van opslag tot verbrandingsinstallatie een rol, vooral omdat de energie-inhoud van houtsnippers niet zo groot is als bijvoorbeeld van houtpellets.

Leveranciers Nederlandse leveranciers van houtsnippers zijn:

• Biomassa Stroomlijn (Cuijk) • Bruins en Kwast (Goor) • Devobo Totaal/Biomass (Deventer) • Energico BV (Leek) • Sita (Delft) • Van Boekel Groep ( Zeeland) • Vagroen (Assen) • Van Vliet Groep (Den Dolder) • Van Werven (Biddinghuizen)

Wel of geen afval? Hout uit bosexploitatie wordt niet beschouwd als afval, maar alle overige stromen wél. Dit bepaalt welke instantie de vergunning afgeeft. Houtsnippers zijn afkomstig van schoon resthout en vallen daarom onder de definitie van schone biomassa (witte lijst deel 1). Herkomst Afval/geen afval NTA-8003 categorie Bosexploitatie Geen afval 110 Fruitteelt (snoeihout, rooihout e.d.) Wel afval (LAP-sectorplan 9) 110 Plantsoenen, begraafplaatsen, particuliere tuinen (snoeihout, rooihout e.d.)

Wel afval (LAP-sectorplan 9) 105

Figuur 2. NTA-8003: Nederlandse Technische Afspraak ‘Classificatie van biomassa voor energietoepassing’ van december 2008, uitgegeven door NEN.

Gemengd plantsoenafval Deze brandstof bestaat uit een mengsel van houtige en kruidige gewassen, afkomstig uit groenonderhoud. Het verdient aanbeveling dat minstens 80 procent van de brandstof (in dit geval gemengd plantsoenafval) bestaat uit verse houtsnippers, omdat deze de beste verbrandingseigenschappen bezitten. Aanhangend zand heeft een negatief effect op de verbrandingseigenschappen en leidt tot snelle slijtage van de installatie. Hout uit compostering Aan het eind van het composteringsproces kan hout uitgezeefd worden als snippers of kleine houtvezels. Deze bevatten aanhangend zand, waardoor ze niet bijzonder aantrekkelijk zijn als brandstof. Hout uit compostering kan wel zonder problemen in grotere bio-WKK-centrales in een bepaald percentage worden bijgemengd. Voor zover bekend wordt deze stroom niet in Nederland als brandstof toegepast. Onbehandeld hout De definitie van onbehandeld hout is ‘gebruikt hout dat niet is geverfd, verlijmd, beplakt of geïmpregneerd en geen andere soortgelijke behandeling of bewerking heeft ondergaan’ (NTA 8003). Deze categorie wordt ook wel omschreven als a-hout. Geverfd/verlijmd hout De definitie van geverfd/verlijmd hout is ‘gebruikt hout waarbij een stof of middel (zoals verf, lak, beits, lijm of kunststof) op het oppervlak (van hout of houtvezel/snipper) is aangebracht’ (NTA 8003). Hieronder vallen ook de diverse soorten board zoals MDF, hardboard, zachtboard en spaanplaat. Deze categorie wordt ook wel omschreven als b-hout.

Techniek Houtgestookte bio-wkk’s worden geleverd van 0,5 tot 10 MWe (2,5 tot 50 MWth). In Nederland zijn vijf installaties in werking met een vermogen van 1 - 2 MWe (5 – 10 M MWth). Ze hebben een veel grotere capaciteit in warmtelevering en houtdoorzet dan houtsnipperketels, die alleen warmte leveren tot een vermogen van circa 1 MWth. De investering in een moderne bio-wkk van 1 - 2 MWe bedraagt circa € 4 - 8 miljoen. Een bio-wkk bestaat uit:

• een systeem voor de opslag- en toevoerdosering van brandstoffen • een vuurhaard die de houtsnippers op een rooster verbrandt • een stoomketel die de verbrandingswarmte gebruikt voor de productie van stoom • een stoomturbine met generator die elektriciteit produceert • een systeem voor de opvang en distributie van restwarmte • een systeem voor de reiniging van rookgassen

Voor de houtverbranding wordt doorgaans gebruikgemaakt van bewegende en/of getrapte roosters, die met lucht of water worden gekoeld. Door een ondermaat lucht is de verbranding op het rooster vaak onvolledig. Elektriciteit Voor de stoomproductie wordt vaak gebruik gemaakt van waterpijpketels, die op verschillende drukken kunnen worden bedreven. De stoom wordt geëxpandeerd in een stoomturbine, waarbij met behulp van een generator elektriciteit vrijkomt. Het elektrische rendement varieert van 15 tot 23 procent. Een hoog rendement wordt bereikt door de combinatie van hoge druk in de ketel (tot 55 bar) en een geavanceerde stoomturbine. Bij een andere, speciale manier van elektriciteitsproductie wordt geen water of stoom gebruikt, maar een ander werkmedium zoals paraffineolie. Deze olie wordt bij een lagere temperatuur op druk gebracht geëxpandeerd in een ORC-installatie (Organic Rankine Cycle). Vooral bij kleinere installaties is deze vorm van elektriciteitsopwekking een goed alternatief. Het elektrisch rendement loopt op tot 18 procent. Verdampingsenergie Omdat vers hout relatief vochtig is, verbruikt de verbranding veel energie voor de verdamping van water. Een deel van deze verdampingsenergie kan worden teruggewonnen door het water in de rookgassen te laten condenseren met behulp van een rookgascondensor. Het resultaat is warm water met een temperatuur van maximaal 55ºC, dat kan worden gebruikt voor bijvoorbeeld de verwarming van kassen. Rookgasreiniging Doorgaans zorgt een combinatie van een multicycloon en elektrostatische filters voor de afvang van stof. De emissie van CO en NOx wordt voor een groot deel bepaald door een volledige verbranding en verbranding bij een niet te hoge temperatuur. Dit kan worden bereikt door te kiezen voor een systeem van gecontroleerde, getrapte verbranding en een goede werveling van de verbrandingsgassen in de uitbrandzone. Houtgestookte bio-wkk's in de glastuinbouw wassen CO2 uit de rookgassen en gebruiken dit voor CO2-bemesting in de kassen. Leveranciers Leveranciers van bio-wkk’s zijn:

• HoSt / Imtech Vonk (Hengelo) • KARA Energy Systems BV (Almelo) • Vyncke Energietechniek (Harelbeke, België) • Turboden ORC Technology (Brescia, Italië)

Figuur 3. Bio-wkk bij Vink Sion

Toepassingen In Nederland staan vijf houtgestookte bio-wkk's met een vermogen van 1 - 2 MWe (5 – 10 M MWth). In Cuijk (Noord-Brabant) bevindt zich een houtgestookte bio-wkk met een vermogen van 25 MWe, die de restwarmte niet of nauwelijks benut. De verwachting is dat een installatie van deze schaalgrootte daarom niet snel opnieuw in Nederland zal worden gebouwd. Houtgestookte bio-wkk's worden in Nederland toegepast in de glastuinbouw en bij bedrijven die zelf brandstoffen tot hun beschikking hebben (bijvoorbeeld de houtverwerkende industrie en groenbedrijven). De nadruk ligt op de elektriciteitproductie, omdat deze door de SDE-regeling wordt gestimuleerd. Afzet van de warmte kan een belangrijke bron van extra inkomsten zijn, bijvoorbeeld:

• in de glastuinbouw • in een woonwijk • voor het drogen van hout in drooginstallaties

Website • Stimulering Duurzame Energieproductie (SDE)

Milieueffecten en maatregelen Milieueffecten

• Verkeershinder en (geluids)overlast als gevolg van transport en lossen van houtsnippers: voor een installatie van circa 1 MWe wordt dagelijks ongeveer 160 m3 houtsnippers geleverd in vier vrachtwagencombinaties van 40 m3.

• Geuroverlast van de opslag van verse houtsnippers. • Uitstoot van geur, fijnstof, NOx en organische verbindingen die vrijkomen bij het

verbrandingsproces. • Geluidsoverlast van de verbrandingsketel.

Maatregelen

• Plaats de ketel bij voorkeur niet in een dichtbebouwde omgeving. • Denk aan rijroutes en manoeuvreerruimte voor de vrachtwagens. • De uitstoot van geur, fijnstof, NOx en organische verbindingen kan voor een belangrijk deel

worden teruggedrongen door een combinatie van: • gecontroleerde, getrapte verbranding • een goede werveling van de verbrandingsgassen in de uitbrandzone • rookgasreiniging door multicycloon en elektrostatische filters

• Plaats de bio-wkk in een geschikte ruimte (kelder of ketelhuis) om geluidsoverlast terug te dringen.

Regelgeving Vergunningen Een houtgestookte bio-wkk is een bedrijfsmatige activiteit met een bedrijfsmatige omvang. De inrichting is dan ook vergunningplichtig op grond van het Inrichtingen- en vergunningenbesluit milieubeheer. Warmteafzet wordt steeds vaker als voorwaarde opgenomen voor de vergunningverlening, omdat dat het totaal rendement van de installatie sterk verbetert. Bevoegd gezag Houtgestookte bio-wkk’s gebruiken diverse soorten brandstof, zoals verse houtsnippers, gemengd snoeiafval, resthout van de houtverwerkende industrie en sloophout. Het bevoegd gezag verschilt per soort brandstof.

Herkomst Wel/geen afvalstof?

Bevoegd gezag

Bosexploitatie Geen afvalstof Gemeente Snoeihout, rooihout e.d. afkomstig van fruitteelt, onderhoud van plantsoenen en particuliere tuinen

Wel afvalstof Provincie

Figuur 4. Bevoegd gezag voor installaties die verse houtsnippers, snoei- en rooihout verwerken.

Houtsnippers afkomstig van snoeihout en dergelijke vallen onder de definitie van schone biomassa (witte lijst deel 1) en zijn uitgezonderd van het Besluit verbranden afvalstoffen (BVA).

Reststof Verwerking Wel/geen afvalstof?

Bevoegd gezag

Witte lijst (a-hout) en gele lijst (b-hout)

Binnen de inrichting waar ze ontstaan

Geen afvalstof Gemeente

Witte lijst (a-hout) en gele lijst (b-hout)

Buiten de inrichting waar ze ontstaan

Wel afvalstof Provincie

Figuur 5. Bevoegd gezag voor installaties die reststoffen (a- en b-hout) verwerken.

Voor installaties die stoffen van de gele lijst verwerken, is het Besluit verbranden afvalstoffen (BVA) van toepassing. Voor installaties die stoffen van de witte lijst verwerken is niet de BVA van toepassing maar de Nederlandse emissie Richtlijn (NeR F7 – installaties voor verbranding van schoon hout), het Besluit Emissie-eisen middelgrote stookinstallaties (BEMS) en het Besluit emissie-eisen stookinstallaties A (BEES-A). Daarin is wel onderscheid tussen verwerking van stoffen van binnen de inrichting of van buiten de inrichting. Meer hierover vindt u hieronder bij ‘Emissieregelgeving’. Emissieregelgeving Voor bio-wkk's met een vermogen lager dan 1 MWth is de NeR F7 van toepassing. Voor installaties met een vermogen van 1 MWth of meer is het BEMS van toepassing. Nominaal Vermogen Emissieregime Stof (mg/m0

3)* SO2 (mg/m03)* NOx (mg/m0

3)* > 50 MWth BEES-A 20 100 5 – 50 MWth BEMS 5 200 145 1 – 5 MWth BEMS 20 200 200 0,5 – 1 MWth NeR F7 50 < 0,5 MWth NeR F7 100 * voor de NER is het referentie zuurstofgehalte 11 procent, bij BEES-A en BEMS is dit 6 procent Figuur 6. Emissiegrenswaarden bij verschillende vermogens en verschillende emissieregimes voor verwerking van reststoffen van de witte lijst binnen de inrichting.

Voor installaties die afvalstoffen van de witte lijst van buiten de eigen inrichting verbranden, is het BEES A van toepassing vanaf een verwerkingscapaciteit van 1.500 kg/uur. Dit komt overeen met een vermogen van gemiddeld 5 MWth. In deze situatie zijn de volgende grenswaarden van toepassing: Nominaal Vermogen Emissieregime Stof (mg/m0

3)* SO2 (mg/m03)* NOx (mg/m0

3)* > 5 MWth BEES-A 20 100 1 – 5 MWth BEMS 20 200 200 0,5 – 1 MWth NeR F7 50 < 0,5 MWth NeR F7 100 * voor de NER is het referentie zuurstofgehalte 11 procent, bij BEES-A en BEMS is dit 6 procent Figuur 7. Emissiegrenswaarden bij verschillende vermogens en verschillende emissieregimes voor verwerking van reststoffen van de witte lijst buiten de inrichting. Stof Voor warmtekrachtinstallaties van 5 MWth en meer betekent bovengenoemde eis doorgaans dat er een elektrofilter geplaatst dient te worden. Koolmonoxide, koolwaterstoffen, PAK's Aan warmtekrachtinstallaties van 5 MWth en meer worden geen emissie-eisen ter beperking van CO, koolwaterstoffen en PAK's opgelegd. De emissie van deze onvolledige verbrandingsproducten kan worden vermeden door een goede bedrijfsvoering, waardoor volledige verbranding plaatsvindt:

• Goede dimensionering van de installatie (niet te groot of te klein voor de hoeveelheid te leveren warmte)

• Goede afstelling van de brandstoftoevoer en de verbrandingsluchttoevoer • Opvolgen van de gebruiksinstructies • Passend onderhoudsregime

NOx Voor bio-wkk’s van 5 MWth en meer geldt een emissie-eis van 145 mg/Nm3 bij een zuurstofgehalte van 6 procent of een emissie-eis van 200 mg/Nm3 bij een zuurstofgehalte van 11 procent. Verwijdering van NOx gebeurt doorgaans katalytisch (SCR) of door middel van ureuminjectie (SNCR). Controle van emissies Goedgekeurd onderhoudsregime In het BEMS is opgenomen dat een niet-gasgestookte stookinstallatie met een vermogen van meer dan 100 kWth eenmaal per twee jaar gekeurd moet worden op veilig functioneren, optimale verbranding en energiezuinigheid. De keuring moet worden uitgevoerd door een SCIOS-gecertificeerde (of gelijkwaardige) instantie. In het BEES-A zijn voorschriften opgenomen voor installaties kleiner dan 50 MWth. Eventueel nader emissieonderzoek In het BEES-A en het BEMS staan voorschriften voor controlemetingen. Wanneer een installatie niet onder deze regelingen valt, dienen er in de vergunning dergelijke voorschriften te worden opgenomen. In de bijzondere regeling F7 en in hoofdstuk 3.7 van de NeR staan deze voorschriften omschreven. Websites

• InfoMil - Witte en gele lijst• InfoMil - BEMS• InfoMil - BEES-A• InfoMil - BVA• InfoMil - NeR