Das ökologische Minikraftwerk für Häuslbauer

Der oberösterreichischen Firma Ökofen ist hat einen kompakten Pelletsheizkessel für Einfamilienhäuser auf den Markt gebracht, der auch Strom erzeugen kann.

Die Entscheidung für den Freikolbenmotor, eine besondere Bauform des Stirlingmotors, hat wesentlich zum Gelingen der Entwicklung beigetragen. (Foto: ÖkoFEN_e)

Die Idee, gleichzeitig Strom und Heizwärme zu erzeugen, ist ja keineswegs neu. So wird bereits seit Jahrzehnten bei vielen Kraftwerken mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) die Abwärme genutzt, um über Fernwärmeleitungen ganze Städte mit Wärme zu versorgen und den Wirkungsgrad des Kraftwerks zu erhöhen. Seit der Jahrtausendwende wird auch versucht, diese Idee auf den Einsatz in Wohngebäuden runterzubrechen. Einige sogenannte Mini- und Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen sind bisher auf den Markt gekommen, die gleichzeitig Heizung, Warmwasser und Stromerzeugung in kompakten Geräten kombinieren. Aber die meisten dieser Anlagen werden mit Gas oder Öl betrieben, was viele aus Umweltschutzgründen ablehnen, weil es ja gerade in Österreich ausreichend lokal erzeugte CO2-neutrale Brennstoffe aus Biomasse wie etwa Pellets gibt. Doch alle Versuche, einen verlässlichen Pelletskessel mit eingebauter Stromerzeugung zu entwickeln, sind bisher gescheitert.

Der heilige Gral der Heiztechnik

„Das ist so ein bisschen der heilige Gral der Heiztechnik“, schmunzelt Herbert Ortner, Geschäftsführer von Ökofen, „wie man bei einem Heizkessel die Wärme auch nutzt, um Strom zu erzeugen. Da gibt es mehrere Technologien, die grundsätzlich in Frage kommen. Eine davon ist diese Stirlingmotortechnologie, mit der wir seit mehr als zehn Jahren immer wieder Projekte gemacht haben.“

Diese Technologie ist vor allem in Kombination mit festen Brennstoffen technisch sehr anspruchsvoll, und es gab sehr viele Firmen, die sich darin versucht haben und irgendwann gescheitert sind. Ortner: „Wir waren auch mit drei Projekten nicht erfolgreich, aber mit dem vierten Projekt ist uns jetzt in Kooperation mit dem Hersteller des Stirlingmotors der Durchbruch gelungen.“

Ökofen konnte dabei von der langjährigen Erfahrung aus der Herstellung von Biomasseheizungen profitieren. Das 1989 gegründete Unternehmen mit Sitz in Niederkappel, entwickelte und baute ursprünglich Hackschnitzelheizungen mit der Vision, die automatische Holzheizung im Einfamilienhaus zu etablieren. 1997 brachte Ökofen als erster europäischer Hersteller einen Pelletsheizkessel auf den Markt und konzentriert sich heute vollständig auf Pellets und ist in diesem Bereich einer der weltweit führenden Anbieter mit einem Exportanteil von 93 Prozent. 

Mehrjährige Testphase überstanden

Während demnach Unternehmen wie Sunmachine oder Otag an der Entwiclung eines serienreifen Pellets-Blockheizkraftwerks trotz millionschwerer Investitionen gescheitert sind, ist man bei Ökofen hartnäckig geblieben und konnte nach einer mehrjährigen Testphase auf dem Prüfstand und in Pilotanlagen diesen März die Markteinführung des „Ökofen Pellematic Smart_e 0.6“ verkünden.

Für das neuartige Pelletsblockheizkraftwerk wurde der bewährte Pellematic-Smart-Heizkessel mit einem Stirlingmotor der Firma Microgen kombiniert und mit einem 600 Liter Wärmespeicher in ein kompaktes Gehäuse gepackt, das nur 1,6 Quadratmeter Stellfläche braucht. Somit unterscheiden sich die Abmessungen des Blockheizkraftwerks kaum von handelsüblichen Pelletsheizkesseln.

Technische Innovation

Der Grund, warum das Pelletsheizkraftwerk im Unterschied zu den anderen Anbietern dauerhaft funktionieren soll, liegt einerseits in der Auswahl der geeigneten Stirlingmotoren, andererseits in der Anpassung des Verbrennungsprozesses. „Wir verwenden sogenannte Freikolbenmaschinen. Man kann diesen Motor im Unterschied zu herkömmlichen Stirlingmotoren, die ganz anders aufgebaut sind, vollständig einkapseln. Damit ist es möglich, dass der Motor wartungsfrei läuft“, beschreibt der oberösterreichische Unternehmer.

Ebenso wichtig war die Gestaltung des Heizkessels: „Bei Biomasseverbrennungen haben wir immer auch Partikel im Abgas, die an der Oberfläche des Wärmetauschers anhaften, und hohe Temperaturen von bis zu 1.000 Grad, die auf diesen Erhitzerkopf treffen. Da war es technisch eine Herausforderung, ein Material zu entwickeln, das diese hohen Temperaturen aushält, ebenso wie die Reinigung des Erhitzerkopfes. In die Lösung dieser Probleme haben wir viel Zeit investiert, was uns jetzt gut gelungen ist“, zeigt sich Ortner erfreut über diese Innovationsleistung.

Nebenprodukt Strom

Der Ökofen Pellematic Smart_e 0.6 verfügt über eine Nennleistung von neun Kilowatt für Wärme und 600 bis 1.000 Watt für Strom. Die Heizleistung des Kessels kann zu Zeiten erhöhten Wärmebedarfs, wie etwa in den Wintermonaten, automatisch angepasst und auf bis zu 14 Kilowatt gesteigert werden.

„Wenn Wärmebedarf da ist, dann läuft das Gerät. Der Strom ist dann quasi das Nebenprodukt. Wenn man im Haus den höchsten Stromverbrauch hat, hat man normalerweise auch den höchsten Wärmebedarf. Man kann das ein bisschen zeitverschoben gestalten, indem man Wärme im Pufferspeicher abspeichert“, erklärt Ortner. Es macht aber keinen Sinn, den Kessel nur für die Stromproduktion einzuschalten, wenn kein Wärmebedarf besteht.

Grundlast selbst abdecken

Die gesamte Stromleistung des Heizkessels beläuft sich somit auf rund 2.400 bis maximal 4.000 Kilowattstunden pro Jahr, wenn die Heizung ungefähr das halbe Jahr (4.000 Stunden) läuft. Das Ziel ist laut Ortner dabei, dass der erzeugte Strom im eigenen Haushalt verbraucht und nur der Überschuss ins Netz eingespeist wird: „Ich habe in meinem Haus den stromerzeugenden Pelletskessel installiert und habe so gut wie fast keinen Strom ins Netz geschickt. Wir brauchen in etwa 600 Watt Leistung den ganzen Tag über im Haus für den Kühlschrank, die Kühltruhe, auch wenn niemand da ist. Damit decke ich wunderschön die Grundlast ab, wenn ich Wärme benötige. So haben wir etwa 98 Prozent des Stroms, den wir produzieren, auch selbst verbraucht.“

Lange Amortisationsdauer

Die Zusatzkosten im Vergleich zu einem herkömmlichen Pelletskessel mit ähnlicher Heizleistung betragen inklusive Umsatzsteuer in etwa 10.000 Euro. „Das über den Stromertrag zurückzuverdienen geht sich halt vielleicht in 20 Jahren aus. Daher ist das eher für Kunden, denen es wichtig ist, dass man einen Teil des Stroms mit der eigenen Heizung umweltfreundlich mit erneuerbaren Energieträgern selbst erzeugen kann. Das ist immer so, wenn man neue Technologien auf den Markt bringt. Das war ja bei den Pelletsheizungen seinerzeit nicht anders“, gibt Ortner zu bedenken. Eine deutlich kürzere Amortisationsdauer ergibt sich aber dort, wo der Kauf dieser innovativen Heizkessel gefördert wird.Wie etwa in Oberösterreich, wo man heuer eine Förderung in Höhe von 5.000 Euro beim Kauf eines stromproduzierenden Pelletskessels erhält.

Derzeit arbeitet man bei Ökofen intensiv an der Entwicklung eines weiteren Pelletsheizkraftwerks mit einer Stromleistung von fünf Kilowatt und einer Heizleistung von 50 Kilowatt. „Der größere Kessel ist insofern interessant, weil sich die Amortisationsrech- nung anders darstellen lässt als beim kleinen Kessel. Das ist zwar ein fünfmal so großer Motor, er kostet aber nicht das Fünffache. Dieser Typ eignet sich ganz besonders für Einsätze im gewerblichen Bereich, der Hotellerie oder Gebäuden mit größerer Heizlast“, zählt Ortner auf. Wenn die aktuell laufenden Feldtests zufriedenstellend verlaufen, soll der Ökofen_e 5.0 nächstes Jahr in Serie gehen. 

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