Holz besteht aus den Elementen Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O),
Wasserstoff (H) und Stickstoff (N), die als Polymere in Form von
Cellulose, Hemicellulose und Lignin auftreten. Da Holzpellets zu fast
100 % aus zerkleinertem, naturbelassenem Holz hergestellt werden,
verfügen sie über die gleichen chemischen Eigenschaften.
Cellulose und Hemicellulose bilden als langkettige, lineare Moleküle
das Grundgerüst von Pflanzen. Im Gegensatz dazu ist Lignin ein
dreidimensional vernetztes Polymer, das zur Stabilität des Gerüstet die
Zwischenräume füllt. Das Zusammenwirken von Lignin und Zellulose kann
mit Stahlbeton verglichen werden.
Die Verbrennung von Holzpellets ist eine rasche, unter Flammbildung
verlaufende chemische Reaktion, bei der sich der Brennstoff, unter
Wärmeabgabe, mit Sauerstoff verbindet. Dabei wird Energie in Form von
Wärme und Licht frei. Bei einer sauberen, vollständigen Verbrennung
werden die Holzbestandteile Cellulose, Hemicellulose und Lignin in
Kohlendioxid, Wasser und Asche umgewandelt.
Der Verbrennungsvorgang setzt sich aus drei Phasen zusammen: In der
ersten Phase bei Temperaturen bis 150 °C erfolgt die Erwärmung und
Trocknung der Holzpellets. Die gespeicherte Restfeuchte und sonstige
flüchtige Bestandteile verdampfen. In der zweiten Phase bis 600 °C wird
der Brennstoff thermisch zersetzt. Dieser Vorgang wird als Pyrolyse
bezeichnet. Dabei werden die gasförmigen Verbindungen des Holzes
freigesetzt. Es entsteht ein Gasgemisch aus Kohlenmonoxid und
Kohlenwasserstoffen. Vom Holz verbleibt in diesem Stadium nur
Holzkohle. Bei Temperaturen ab 400 °C bis 1300 °C findet die
eigentliche Verbrennung statt. Die in den ersten beiden Phasen
gebildeten Gase und die Holzkohle werden unter Beigabe von Sauerstoff
zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt. Sonnenenergie, die durch
Photosynthese im Holz gespeicherte wurde, wird als Wärme und Licht an
die Umgebung abgegeben. Von den Holzpellets bleibt lediglich Holzasche
übrig.
Die „Dreiphasenverbrennung“ wird durch eine sogenannte Lambda-Sonde
überwacht. Dieses Steuerungsinstrument steuert kontinuierlich den
Restsauerstoffgehalt des Rauchgases. Für eine optimale,
umweltfreundliche Verbrennung von Holzpellets wird eine bestimmte Menge
Sauerstoff benötigt, um den enthaltenen Kohlenstoff vollständig zu
Kohlendioxid zu verwandeln. Luftmangel im Brennraum führt zu einer
unvollständigen Verbrennung. Dabei entstehen neben den Abgasverlusten
schädliche Rauchgase mit hohem Kohlenmonoxid- und Rußpartikelgehalt.
