Die Stromrechnungen waren dem Landwirt Erwin Schiefer aus Gnas in der Steiermark zu hoch. Er beschloss, mit einer Holzvergasungsanlage selbst für Strom und Wärme zu sorgen. Für seine Pilotanlage lieferte der Technologiepartner Rockwell Automation moderne Steuerungstechnik. Mittlerweile vermarktet Erwin Schiefer mit der Xylogas GmbH seine innovative Methode der Stromerzeugung im In- und Ausland.

In Erwin Schiefers Holzvergasungsanlage befinden sich zwei PowerFlex 70 Antriebe im Einsatz: Der eine sorgt für die richtige Gasmischung für den Motor, der andere bringt das Trocknungsgebläse auf die erforderliche Drehzahl. Die ControlLogix behält jede Menge Schütze, Schalter und insgesamt elf Frequenzumrichter im Auge.

In Erwin Schiefers Holzvergasungsanlage befinden sich zwei PowerFlex 70 Antriebe...

Erwin Schiefers landwirtschaftlicher Betrieb ist auf zwei Bereiche spezialisiert, die besonders viel Energie verbrauchen: Geflügelmast und Maistrocknung. Sechsmal im Jahr werden bei ihm 55.000 Küken angeliefert, die es bei ihrer Aufzucht warm haben wollen. Ein enormes Wärmebedürfnis entwickelt auch der Mais, wenn man seine Feuchtigkeit von ungefähr 30 % auf 14 % heruntertrocknet.

„Bei einer Menge von 1.000 bis 1.500 t Mais können etwa 25.000 bis 35.000 l Heizöl eingespart werden“, weiß Erwin Schiefer aus eigener Erfahrung. Aus mehreren Alternativen entschied er sich schließlich für die Methode der Holzvergasung. Bei dem so genannten Imbert-System (nach dem 1. Weltkrieg als Antriebslösung für Kraftfahrzeuge angewandt) holte sich der Gnaser Landwirt erste Anregungen für die Umsetzung seiner Idee, mit der er zwei Ziele erreichen wollte: Unabhängig werden von der Preispolitik diverser Strom- und Wärmelieferanten und sich selbst ein weiteres Standbein schaffen.

Mittlerweile vermarktet Erwin Schiefer als Geschäftsführer die Xylogas Energieanlagen Bau und Handel GmbH im In- und Ausland – in Biomasseheizwerken, Gemeinden und Industriebetrieben. Die Pilotanlage steht auf Schiefers Hof und arbeitet mit einer Einschaltdauer von 80 bis 90 % und bis zu 8.000 Betriebsstunden pro Jahr. Damit leistet sie bis zu 200 kW elektrische und bis zu 400 kW thermische Energie pro Stunde. Auf das Jahr gerechnet sind das immerhin Co²-neutrale 4.800 MW.

Moderne Steuerungstechnik ermöglicht automatisierten Betrieb und verringert Betriebskosten

Erwin Schiefer allein bedient die Anlage, die sich aus der Gasproduktion, einem Blockheizkraftwerk, der Wärmetechnik, der Trocknung, der Stromerzeugung, der Anbindung ans Fernwärmenetz und der Netzeinspeisung zusammensetzt. Tatkräftige Unterstützung erhält er dabei von der Allen-Bradley ControlLogix-Steuerung von Rockwell Automation. „Die checkt alles für mich“, schmunzelt er. Die informationsbasierte Steuerung vereint nämlich Ablaufsteuerung, Achssteuerung und Prozesssteuerung in einem Gerät und hält mit einer Vielzahl intelligenter Motorschutzrelais via DeviceNet und ControlNet Kontakt.

Eines davon meldet beispielsweise sofort, wenn bei der Rohmaterialzufuhr ein Holzstück klemmt. „Wenn irgendein Hackgut die Schnecke blockiert und der Transport deshalb ins Stocken kommt, verzeichnet das Relais einen erhöhten Stromverbrauch und leitet diesen an die Steuerung weiter. Diese weiß sofort was zu tun ist. Sie legt kurz einmal den Rückwärtsgang ein, eröffnet dem Holz damit die Möglichkeit, sich herumzudrehen und schon kann es normal weitergehen. Es wäre sehr mühsam, wenn ich dreimal am Tag hingehen und jedes Mal eigenhändig eingreifen müsste“, freut sich Erwin Schiefer über die Vorteile der modernen Automatisierungstechnik.

Zwei PowerFlex 70 Wechselspannungsantriebe übernehmen ebenfalls wichtige Funktionen. Der eine reguliert die Gasmischung für den Motor und der andere bringt das Trocknungsgebläse auf die je nach Produkt – Holz oder Mais – erforderliche Drehzahl. Der Gaskompressor ist dafür verantwortlich, dass genau die Gasmenge aus dem Reaktor abgesaugt wird, die der Motor benötigt. Das alles ist ein verbundener Kreislauf, der bis zur Zuförderung des Rohmaterials zurückreicht. Bei der Bedienung muss man hier mit der Leistung des Saugzuggebläses arbeiten und diese variieren. Letztendlich gilt es eine Druckdifferenz von 200 bis 300 Millibar zu überwinden, damit einerseits der entsprechende Unterdruck hergestellt wird, um das Gas aus dem Reaktor abzusaugen und andererseits der Vordruck für die Gasregelstrecke in Ordnung ist. „Am Anfang war es immer eine Spielerei bei den Einstellungen, bis man das optimale Mischungsverhältnis für den Motor hatte. Jetzt geschieht das alles vollautomatisch auf Knopfdruck“, beschreibt Schiefer.

Automatisierung aus einer Hand

Mit der Entwicklung von Holzvergasungsanlagen betrat der Gnaser Landwirt absolutes Neuland. Bei der Wahl seines Technologiepartners wollte Schiefer deshalb kein unnötiges Risiko eingehen: „Ich kannte Rockwell Automation aus meinem Lehrbetrieb (Elektroinstallateur), wo sie einfach die besten Referenzen hatten. Außerdem wollte ich alles aus einer Hand – von der Visualisierung am PC über die Steuereinheit bis hinunter zum Frequenzumrichter, der dann letztendlich die Funktion ausführt.“

Schnittstellenproblematik gibt es somit keine. Dank dieser Durchgängigkeit sind die PowerFlex 70 Frequenzumrichter weitaus schneller programmiert. Einstellungen müssen nur einmal vorgenommen werden. Dies gilt sogar für den unwahrscheinlichen Fall, dass ein Gerät kaputt gehen sollte. Da die gewählten Parameter auch auf der CPU hinterlegt sind, erfährt der neue Frequenzumrichter bei seinem Anschluss vollautomatisch, was er ab sofort zu tun hat.

Erwin Schiefer zeigt sich aber nicht nur von der Integrated Architecture von Rockwell Automation, sondern auch von der einfachen Handhabung der RSView Software begeistert: „Ich brauche so keinen speziell geschulten Programmierer, sondern mache die meisten Änderungen selbst. Auf diese Weise spare ich eine Menge Geld und Zeit, weil teure Arbeitsstunden und lange Anfahrtswege entfallen.“ Der Xylogas-Geschäftsführer selbst ist schnell zur Stelle, wenn sein Mobiltelefon ihm einen Störfall meldet. Diese Meldung wird als bessere Entscheidungsgrundlage sogar in Klartext abgegeben.

Das ist auch aus Sicherheitsgründen wichtig. In diesem Bereich fährt Erwin Schiefer lieber zweigleisig. An den Schlüsselstellen halten jeweils zwei voneinander unabhängige Instanzen Wache. So wird beim Reaktor nicht nur der Füllstand kontrolliert, sondern auch wie oft dieser befüllt wird. „Wenn sich der Verbrauch ändert oder zu weit abweicht, schaltet die Anlage sofort ab. Die Steuerung weiß nämlich ganz genau, wie der Materialfluss bei einer bestimmten Leistung aussehen muss“, erklärt Peter Lehner, Account Manager Integrated Architecture bei Rockwell Automation. Käme es zu einem Gasaustritt, würden sofort alle Klappen verschlossen und die Raumlüftung auf 100 % hochgefahren. Zudem sorgen eine Alarmmeldung am Handy, eine akustische Warnung sowie Blinklichter für ein Nichtbetreten der Anlage.

Von der Pilotanlage zur 4.800 MW-Holzvergasungsanlage für industrielle Anwendungen

Obwohl die Holzvergasungsanlage in Gnas für alle Beteiligten ein Pilotprojekt war, stand von vornherein eines fest: Verschiedene Gebäude – Wohnhaus, Büro, Gewerbebetrieb und Stallungen – sowie die Gasproduktion und die damit in Zusammenhang stehende Peripherie mussten in eine konsequente Modulbauweise einbezogen werden. „Da wir solche Anlagen ja auch an andere Unternehmen verkaufen wollen, mussten wir das ganze System zwar standardisieren aber trotzdem sehr flexibel gestalten. Schließlich will nicht jeder eine Trocknung oder eine Wärmetechnik in seine Lösung integrieren“, weiß Erwin Schiefer. Man verließ sich daher auf eine Hauptsteuerung – die ControlLogix – der Rest wurde via DeviceNet angebunden.

Die Bedienung der Anlage erfolgt wahlweise über RSView am Betriebs-PC, über ein direkt am Schaltschrank montiertes Panel oder über eine LAN-Verbindung vom Büro aus. Erwin Schiefer: „Ich muss inzwischen nur noch Wartungsarbeiten vornehmen, hin und wieder Öl oder Filter wechseln, die Fördertechnik schmieren und für genügend Nachschub sorgen. Immerhin verarbeitet diese Anlage ungefähr 20 m³ Hackschnitzel pro Tag.“

Ein 30.000 l fassender Pufferspeicher schließt zudem Engpässe und verwendet überschüssige Energie in den Sommermonaten für das Trocknen von Mais oder Hackgut. Mit der entsprechenden Technologie ist Erwin Schiefers innovative Idee in kürzester Zeit zu einer funktionierenden, industriellen Anwendung gereift, die in Zukunft sicher noch für Furore sorgen wird – verbessert sie doch mit ihrer erneuerbaren Energie die Co²-Bilanz.