Die Erfindung betrifft rindenarme Holzfasern, wie sie z.B. für die Herstellung normgerechter Brennstoffpellets für Privathaushalte (sog. ÖNORM M7135- bzw. DIN plus Norm-Pellets) benötigt werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Holzfasern, unter anderem durch Entfernung der Rindenanteile, insbesondere beim Einsatz von Durchforstungsholz und Schadholz in der Forstwirtschaft, z.B. aus Wind- und Schneebruch.

Für die Herstellung normgerechter Brennstoffpellets wurde bereits vorgeschlagen, aus rindenfreien Stämmen gewonnene Säge- und/oder Hobelspäne zu verwenden, oder aber - z.B. in der europäischen Patentanmeldung 7019553 - zerkleinerte Hackschnitzel zuerst zu trocknen und erst anschliessend zu zerkleinern, wobei die Rindenanteile feinpulvrig werden und auch durch verhältnismässig einfache und preiswerte Verfahren, wie z.B. Siebung und/oder Windsichtung, abgetrennt werden können.

Beide Möglichkeiten sind aber mit Problemen behaftet: Säge- und/oder Hobelspäne erfordern für die Pelletierung den Zusatz von Presshilfsmitteln (z.B. Maisstärke oder Weizenstärke), weil die Struktur dieser Späne aufgrund der Anforderungen der ÖNORM M 7135 nach einer hohen Abriebfestigkeit eine solche Beimengung erforderlich macht. Sägespäne besitzen nämlich in der Regel eine Körnung von 1 - 2 mm und sind nur beschränkt faserförmig, sodass sie kein Faserhaufwerk bilden; Hobelspäne sind im Vergleich zu Sägespänen faseriger in ihrer Grundstruktur, werden aber durch den erforderlichen Mahlvorgang auf eine ähnliche Struktur wie die der Sägespäne zerkleinert. Ein hoher Feinanteil im Ausgangsmaterial für die Pelletierung ergibt nach dem Pelletierprozess eine zu geringe Abriebfestigkeit und somit einen erhöhten Staubanteil in den Holzpellets. Eine hohe Abriebfestigkeit ist jedoch Voraussetzung für die Erfüllung der Forderungen der ÖNORM M 7135, gewährleistet eine geringe Staubentwicklung bei der Verladung, beim Transport mittels Schnecken, bei der Lieferung an den Kunden und garantiert somit eine problemlose Verbrennung der Holzpellets im Ofen des Endkunden.

Erfindungsgemäss hat sich nun herausgestellt, dass rindenarme Holzfasern besonders dann für die Pelletierung zweckmässig sind, wenn sie den Merkmalen des Anspruches 1 genügen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 beschrieben. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass Holzfasern mit einem Verhältnis einer Länge von etwa 3 bis 8 mm zu einer Dicke von etwa 1 bis 2 mm bei dieser bestimmten Mindest- und Maximallänge ein Haufwerk bilden, das sich auch ohne Zuhilfenahme von Presshilfsmitteln, allein durch oberflächlich angeweichtes Lig- nin, zu ausreichend abriebfesten Pellets verpressen lässt. Zu kurze Fasern ergeben unerwünscht hohe Staubanteile, zu lange Fasern erfordern andererseits beim Verpressen einen zu hohen Energieaufwand.

Außerdem spielt die Faserdicke insofern eine nicht unbedeutende Rolle, als zwar besonders dünne Fasern wünschenswert wären, weil sie beim Verpressen weniger Energie erfordern; andererseits besteht bei zu dünnen Fasern aber die Gefahr, dass sie auf zu kurze Längen zerbrechen, und zu dicke Fasern erfordern beim Verpressen wiederum einen zu hohen Energieaufwand.

Holzfasern mit den erfindungsgemässen Dimensionen können bevorzugt auch als Füllung für Kunststoffe, insbesondere in Mengen von z.B. 10-15%, Verwendung finden, weil Holzmehl oder körnigere Fraktionen weniger verstärkend wirken.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung rindenarmer Holzfasern geht von einem Verfahren aus, wie es z.B. in der europäischen Patentanmeldung 7019553 beschrieben ist, nach dem Oberbegriff der vorliegenden Ansprüche 4 bis 8, und ergänzt dieses durch die in diesen Ansprüchen beschriebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den von diesen Ansprüchen abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Der durchschnittliche Wassergehalt von waldfrischen Hackschnitzeln liegt bei etwa 35-45% und soll auf höchstens 8-10 % reduziert werden. Wird sie auf 6% (oder darunter) getrocknet, gibt dies bei der Zerkleinerung einen noch besseren Effekt der Pulverisierung und damit Abtrennbarkeit der Rindenanteile, die in Abhängigkeit von der Holzart und vom Durchmesser der Stämme bzw. Äste bis zu 10 Gew.% der Hackschnitzel betragen können und erfindungsgemäss auf unter 2 Gew.% reduziert werden sollen.

Bisher für die Trocknung der Hackschnitzel eingesetzte Bandtrockner sind nicht zweckmässig, weil das Schüttgut auf ihnen nicht gewendet wird, womit sich unterschiedliche Rest-Wassergehalte in der oberen bzw. unteren Materialschicht ergeben. Daher benötigen sie hohe Bandlängen (z.B. 30 m !), und ergeben trotzdem immer noch eine ungleichmässige Trocknung. Mehrstufige Trockner kosten das Doppelte. Kurze Trommeltrockner wiederum haben sich deshalb nicht bewährt, weil sie bei kurzen Durchlaufzeiten hohe Temperaturen erfordern, die einerseits das für die spätere Bindung der Fasern in den Pellets erforderliche Lignin zerstören und andererseits - bei Direktbefeuerung - unerwünschte Flugasche in das Hackgut einbringen. Die Container-Trocknung in Standard-Containern mit Zwischenböden aus Lochblech schliesslich bedarf eines unverhältnismässig hohen Aufwandes.

Erfindungsgemäss hat sich daher ein Schubwendetrockner als zweckmässig erwiesen, bei dem sich die Hackschnitzel-Schüttung auf einem Lochblech befindet und mittels eines Schubwendewagens mit rotierenden Schaufeln gleichzeitig gewendet und weitertransportiert wird. Das Hackgut in einer Korngrösse von etwa 15-30 mm (G30) läuft in einer Schüttung von ca. 20-30 cm Höhe je nach Länge des Trockners in 5-25 min durch und wird durch einen durch das Lochblech strömenden Warmluftstrom von 75-90 ⁰ C getrocknet. Dabei ergibt sich eine mittlere Materialtemperatur von ca. 45-70 ⁰ C. Eine Materialtemperatur von über 90 ⁰ C würde das Lignin zu zerstören beginnen, das für die spätere Pelletierung gebraucht wird. Am Ende der Trocknungsstrecke wird die Sättigung der Abluft mit Feuchtigkeit gemessen. Mit dieser Messung wird der Trocknungsablauf, d.h. die Temperatur der einströmenden Warmluft sowie die Verweilzeit im Trockner geregelt.

Für die Zerkleinerung von Hackschnitzeln, z.B. für die Zellstoffindustrie, sind im Wesentlichen Scheibenmühlen, Schneidmühlen oder Messerringzerspaner Stand der Technik. Diese Maschinen sind für den erfindungsgemässen Zweck nicht so gut geeignet, weil sich mit diesen nicht ohne Weiteres die gewünschten Dimensionen erzielen lassen, und sind daher nicht bevorzugt.

Die getrockneten Hackschnitzel werden daher erfindungsgemäss vorzugsweise in einer Hammermühle mit speziellen Siebeinsätzen (z.B. 2,5 mm Conidur) auf die erfindungsgemässen Dimensionen zerkleinert. Die so hergestellten Holzfasern lassen sich dann auch ohne Zusätze besser pelletieren. Damit auch 3-8 mm lange Holzfasern durch die Siebeinsätze gehen, wird wie an sich bekannt an die Siebeinsätze von aussen Unterdruck angelegt.

Durch die eingesetzte Zerfaserungstechnik ergibt sich eine grobe Fraktion bei den Holzfasern (Faserdicke > 0,71 bzw. 0,9mm) und eine feine Fraktion bei den Rindenanteilen (< 0,71 bzw. 0,9mm). Dadurch kann die Rinde vom Holz getrennt werden. Als besonders zweckmässig haben sich dabei zweidimensional wirkende Taumelsiebe erwiesen. Eindimensional wirkende Schwingsiebe ergeben weniger gute Trenneffekte. Man lässt die zerkleinerten Holzfasern zweckmässig zunächst durch ein Sieb mit einer 0,71 mm Lochung. Sollte sich dabei herausstellen, dass dabei noch zu hohe Rindenanteile bei den Holzfasern verbleiben, was in Abhängigkeit von den eingesetzten Holzarten manchmal der Fall sein kann, dann wird ein Sieb mit einer 0,9 mm Lochung verwendet. Dies bringt in so gut wie allen bisher untersuchten Fällen den Rindenanteil auf <2 Gew.%; allerdings muss in der Regel auch mit einem höheren Holzanteil (=Verlust) in der Rindenfraktion gerechnet werden. Andererseits reicht oftmals die reine Rinde in der Verbrennung zur Erzielung der Trocknungswärme ohnedies nicht ganz aus.

Es ist auch zu berücksichtigen, dass Hartholz (z.B. Ahorn, Buche, Esche, Eiche) bei der Zermahlung leider wegen seiner Zähheit zu dickeren Fasern tendiert. Höhere Hartholzanteile erfordern daher bei der Pelletierung höhere Drücke, sodass der Durchsatz in der Pelletierpresse geringer wird. In der Regel wird daher eine Mischung von Hart- und Weichholz (Weichholz sind z.B. fast alle Nadelhölzer, Pappel, Linde, Birke) eingesetzt, wobei es zwar nicht notwendig ist, aber unter bestimmten Gegebenheiten zweckmässig sein kann, - wenn dies überhaupt möglich ist - wegen des unterschiedlichen Verhaltens von Hart- und Weichholz zumindest das Zerkleinern, gegebenenfalls aber auch die Verfahrensschritte Trocknen und Trennen für verschiedene Holzsorten getrennt durchzuführen, um die für die Pelletierung idealen Faserdimensionen zu erzielen und die resultierenden Fasern erst anschliessend miteinander zu vermischen.

Von der Trocknung der Hackschnitzel und vom Energieeintrag bei der Zerkleinerung her haben die erfindungsgemäss hergestellten Holzfasern vor der Pelletierung eine Materialtemperatur von ca. 45 - 5O ⁰ C und einen Feuchtegehalt von jedenfalls unter 10 Gew.%, im Idealfall für optimale Abscheidung der Rindenanteile von unter 6 Gew.%. Da für die Pelletierung ein Feuchtegehalt von 9-12 Gew.% erforderlich ist, der Trocknungsschritt aber bisher nicht so genau kontrolliert werden kann, werden die Holzfasern nach dem Stand der Technik, z.B. in einem Paddelmischer, mit Dampf besprüht und etwa 20 min in einem Ruhebehälter zwecks Ausgleich des Feuchtegehaltes gelagert. Anschliessend werden sie unmittelbar vor der Pelletierpresse noch einmal kurz besprüht, damit der für das Anweichen des Lignins an der Oberfläche der Fasern ideale Wassergehalt eingestellt wird und sich eine optimale Bindung in den Pellets ergibt. Man bringt dann die Fasern sofort in eine herkömmliche Pelletierpresse. Die erfindungsgemäss hergestellten Holzfasern hingegen können ohne weiteres mit Heisswasser (statt mit Dampf) besprüht werden, was in kürzerer Zeit möglich ist. weil in dem lockeren Haufwerk das Heisswasser sich auf der Oberfläche der Holzfasern besser verteilt als in einer relativ dichteren Schüttung von Sägespänen oder sonstigem Material mit einer Körnung von <2 mm. Ausserdem kommt man deshalb erfindungsgemäss in der Regel mit einer wesentlich kürzeren Ruhezeit von z.B. nur 5 min aus. Da aber für die Bindungseigenschaften der Holzspäne aneinander in der Pelletierpresse im Wesentlichen das angeweichte Lignin in den Oberflächen der Holzfasern verantwortlich ist, kann es unter Umständen genügen, auf die Durchfeuchtung der Holzfasern in einem Ruhebehälter zu verzichten und sie ausschliesslich unmittelbar vor der Pelletierpresse mit Heisswasser zu besprühen.