Rückblick auf 40 Jahre Bioenergie

Nach der Begrüssung durch Prof. Dr. Jörg Worlitschek, Leiter des Instituts für Maschinen- und Energietechnik folgte ein dichtes Programm mit wissenschaftlichen Rückblicken, persönlichen Würdigungen und Diskussionen zur Zukunft der Energieversorgung.

40 Jahre Bioenergie – von der Forschung zur Ausbildung

In seinem Hauptvortrag nahm Thomas Nussbaumer das Publikum mit auf eine «Reise durch die Zeit» – von den Anfängen der Holzenergieforschung in den 1980er-Jahren bis zu aktuellen Fragestellungen rund um Emissionsminderung, Ressourceneffizienz und Ausbildung. Im Mittelpunkt standen die wissenschaftlichen Grundlagen zur Verbrennungstechnik, wie zum Beispiel das CO-Lambda-Diagramm (Grafik 1), das den Zusammenhang zwischen Luftüberschuss (Lambda) und Kohlenmonoxid-Emissionen bei der Verbrennung von Holz zeigt. Das Diagramm belegt anschaulich, wie entscheidend eine optimierte Luftzufuhr für eine saubere und effiziente Verbrennung ist. Dies hat Thomas Nussbaumer bereits in seiner Dissertation an der ETH gezeigt und diese Erkenntnisse wurden in zahlreichen Publikationen und Büchern, sogar auf Chinesisch, veröffentlicht.

Ein weiterer Schwerpunkt in Nussbaumers Forschung lag auf der Minderung von Stickoxiden (NOX). Durch experimentelle Untersuchungen und Strömungssimulationen mittels CFD (Computational Fluid Dynamics) schaffte er in enger Zusammenarbeit mit der Industrie, darunter der Firma Schmid AG Energy Solutions, die Grundlage für die NOX-Minderung mittels Luft- und Brennstoffstufung (Grafik 3).

Darüber hinaus stellte Nussbaumer die Ergebnisse jahrzehntelanger Arbeiten zur Bildung von Partikeln und deren gesundheitlicher Relevanz vor. Nussbaumer und sein Team untersuchten detailliert, wie unter verschiedenen Verbrennungsbedingungen Russ, Salze und Teere entstehen und wie sich deren Zusammensetzung auf die Luftqualität auswirkt. Dabei zeigte sich, dass unvollständige Verbrennung nicht nur zu höheren Partikelemissionen führt, sondern auch deren Toxizität erheblich erhöht. Zelltests zeigten, dass schlecht betriebene Holzfeuerungen sogar eine schädlichere Wirkung entfalten können als Dieselmotoren.

Im Fazit betonte Nussbaumer, dass Forschung nicht Selbstzweck sein sollte, sondern einen Nutzen für die Gesellschaft haben müsse. Holz sei als Energieträger wertvoll, solle jedoch für Gebäudewärme gezielt in der Heizsaison eingesetzt und in Zukunft mit anderen Technologien wie Wärmepumpen kombiniert werden und daneben prioritär zum Ersatz fossiler Energieträger für Prozesswärme genutzt werden.

Entwicklung der Schadstoffemissionen von Holzfeuerungen

Dr. Beat Müller, Sektionschef «Industrie und Feuerungen» vom Bundesamt für Umwelt präsentierte die Entwicklung der Luftschadstoffe seit 1990. Besonders eindrücklich illustrierte Müller die Entwicklung der Feinstaubemissionen PM2,5. Während Holzfeuerungen 1990 noch über 15 000 Tonnen Feinstaub pro Jahr ausstiessen, sank dieser Wert bis 2023 auf unter 3000 Tonnen, obwohl die Nutzung von Energieholz gleichzeitig um gut 40% erhöht werden konnte.

Diese Entkopplung von Energieeinsatz und Emissionen gilt als Paradebeispiel für erfolgreiche Umweltpolitik in enger Verzahnung mit wissenschaftlicher Forschung. Die Grundlage für diese Berechnungen beruhen unter anderem auf Arbeiten von Thomas Nussbaumer und Mitarbeitern zu Emissionsfaktoren verschiedener Holzfeuerungskategorien. Nussbaumers Forschung trug zudem zur Wissensgrundlage bei, auf der zwei wichtige Revisionen der Luftreinhalte-Verordnung (LRV, 2007 und 2018) basieren.

Neben der Reduktion von Staub- und NOX-Emissionen erwähnte Müller weitere grundlegende Arbeiten Nussbaumers und seiner Kollegen, darunter die Kategorisierung der Holzverbrennungs-Emissionen (z. B. VOC, Russ, Aerosole), Studien zur illegalen Abfallverbrennung und deren Schadstoffpotential, Untersuchungen zur Wirksamkeit von Abgasreinigungssystemen und zur Überwachung von Staubabscheidern sowie Zelltests mit Abgasen von Holzfeuerungen im Vergleich zu Dieselmotoren. Am Ende seines Vortrags dankte Müller Thomas Nussbaumer ausdrücklich für dessen Beitrag zu den heute erreichten Fortschritten in der Luftreinhaltung.

Beitrag der Forschung zur Optimierung der Holzenergieanlagen

Philipp Lüscher, CEO der Schmid AG, würdigte die enge Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung. Die Schmid AG gehörte zu den ersten und langjährigsten Forschungspartnern von Thomas Nussbaumer. Gemeinsam wurden in den 1990er-Jahren grundlegende Versuche zur NOX-Reduktion durchgeführt. Nussbaumer und sein Team entwickelten zudem CFD-Simulationen, die es ermöglichten, Strömungsverhältnisse und Temperaturfelder in Brennkammern exakt nachzubilden und daraus Optimierungen abzuleiten. Die daraus entstandenen Erkenntnisse führten direkt zur Entwicklung moderner Low-NOX-Brennkammern.

Von frühen Laborversuchen über den Einsatz von CFD-Simulationen bis hin zur Einführung intelligenter Regelungssysteme habe Nussbaumers Arbeit die technologische Entwicklung entscheidend vorangetrieben. Zudem sei durch Initiativen wie das Qualitätssicherungssystem QM Holzheizwerke und die FAQ38-Richtlinie zum Betrieb von elektrostatischen Feinstaubabscheidern ein hoher Qualitätsstandard in der Branche etabliert worden.

Philipp Lüscher bezeichnete Nussbaumer als «Brückenbauer zwischen Wissenschaft und Praxis» und als Persönlichkeit, die die Branche über vier Jahrzehnte entscheidend geprägt habe. Viele der heute etablierte Technologien wären ohne die jahrzehntelange Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie kaum denkbar gewesen.

Von der Holzenergie-Forschung zur globalen Energiewende

Dr. Christian Bruch, CEO von Siemens Energy und ehemaliger Doktorand von Thomas Nussbaumer an der ETH Zürich, spannte in seinem Vortrag den Bogen von seinen eigenen Anfängen in der Holzenergieforschung hin zu den globalen Herausforderungen der heutigen Energiewende. Er erinnerte an die Ziele des Pariser Klimaabkommens und zeigte auf, dass die Weltgemeinschaft beim Absenken der CO2-Emissionen hinter den Vorgaben zurückliegt. Gleichzeitig steige die Stromnachfrage kontinuierlich – nicht zuletzt durch die Elektrifizierung von Verkehr und Industrie sowie durch den wachsenden Bedarf von Rechenzentren.

Als Schlüsseltechnologien für die Dekarbonisierung, die Siemens Energy verfolgt, hob Bruch Offshore-Windkraft, den Ausbau stabiler Stromnetze, Wasserstoff als Energiespeicher und die Abscheidung und Speicherung von CO2 hervor. Auch die Kernfusion könne langfristig eine Rolle spielen, sei aber frühestens ab den 2040er-Jahren realistisch. Er betonte, dass die Technologien für eine klimaneutrale Zukunft grundsätzlich vorhanden seien – entscheidend sei nun die konsequente Umsetzung und die Bereitschaft zu massiven Investitionen.

Auf die Frage von Thomas Nussbaumer, was ihm seine wissenschaftliche Arbeit an der Hochschule genützt habe, erklärte Christian Bruch, dass ihm vor allem die dort erlernte Methodik bis heute von Nutzen sei und dass er dabei gelernt habe, komplexe technische Zusammenhänge klar und verständlich zu vermitteln.

Internationale Zusammenarbeit zur Biomasseverbrennung

Der dänische Energieexperte Morten Tony Hansen, Leiter IEA Bioenergy Task 32, berichtete über die Aktivitäten der IEA Bioenergy Task 32. Diese Plattform der Internationalen Energieagentur (IEA) fördert den Austausch von Wissen, Technologien und Best Practices zur Biomasseverbrennung von kleinen Holzöfen bis zu grossen Kraftwerken mit dem Ziel Emissionen zu reduzieren, die Effizienz zu steigern und nachhaltige Lösungen international zu verbreiten.

Thomas Nussbaumer war während mehr als drei Jahrzehnten (1990-2024) lang aktives Mitglied der IEA Task 32. Während dieser Zeit arbeitete er an zentralen Berichten, verfasste Positionspapiere zu Aerosolen und Low-Emission-Technologies und prägte den internationalen Diskurs massgeblich.

Hansen würdigte ihn als eine der Konstanten in dieser Expertengruppe, deren Beiträge weit über die Schweiz hinaus Wirkung zeigten. Zudem habe er auf unzähligen Konferenzen und Expertentreffen – von Japan über Nordamerika bis Skandinavien – nicht nur Fachwissen vermittelt, sondern auch persönliche Kontakte geknüpft, die das Netzwerk bis heute prägen.

International sichtbares Kompetenzzentrum geschaffen

Zum Ende der Veranstaltung nutzte Prof. Dr. Andrea Weber, Vizedirektorin und Forschungsleiterin der HSLU – T&A, ihren kurzen Beitrag für eine persönliche Würdigung. Sie erinnerte sich an Ihre Zeit als Studentin an der ETH Zürich, als sie die Vorlesung von Thomas Nussbaumer besuchte sowie die gemeinsamen Jahre im Aufbau der Energieforschung an der Hochschule Luzern. Sie unterstrich die Bedeutung von Nussbaumers Engagement, mit dem ein international sichtbares Kompetenzzentrum entstand. Neben seiner fachlichen Expertise habe Nussbaumer stets auch durch seinen Optimismus und seine Farbenfreude das Arbeitsumfeld bereichert.

Beim anschliessenden Apéro bot sich den Gästen Gelegenheit zum persönlichen Austausch – ein würdiger Ausklang einer Veranstaltung, die eindrucksvoll zeigte, wie stark Wissenschaft, Industrie und Politik durch die Arbeit von Thomas Nussbaumer verbunden wurden.

Laufbahn von Thomas Nussbaumer

Thomas Nussbaumer studierte Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der ETH Zürich, wo er 1989 mit einer Dissertation zu Schadstoffemissionen aus Holzfeuerungen promovierte. Bereits in dieser Zeit legte er Grundlagen, die bis heute für die Entwicklung emissionsarmer Verbrennungstechnologien prägend sind. Im Anschluss daran gründete er die bis heute bestehende Firma Verenum, ein Forschungs- und Beratungsunternehmen im Bereich Energietechnik, das Studien und Entwicklungen im Auftrag von Behörden, Industrie und internationalen Organisationen durchführt. Zudem prägte er das von ihm ins Leben gerufene Holzenergie-Symposium, das sich seit 1990 zu einem der wichtigsten Branchentreffen im deutschsprachigen Raum entwickelte. 1995 wurde ihm der «MUT-Umweltpreis» für seine innovativen Verfahren zur Schadstoffminderung verliehen.

Daneben war Thomas Nussbaumer noch bis im Jahr 2000 als Forschungsleiter und Betreuer von Doktoranden am Institut für Energietechnik an der ETH Zürich tätig und habilitierte sich zum Thema «Thermochemische Verfahren zur Biomassenutzung». 2007 folgte er dem Ruf an die Hochschule Luzern, wo er das Labor für Bioenergie aufbaute und eine Forschungsgruppe mit bis zu zehn Mitarbeitern leitete. Er ist Autor und Co-Autor von 250 Publikationen, arbeitete an zahlreichen internationalen Projekten mit und setzte sich kontinuierlich für den Wissenstransfer zwischen Forschung, Industrie und Behörden ein. Neben seiner Tätigkeit in Luzern blieb er über Jahrzehnte in internationalen Gremien aktiv, insbesondere in der IEA Bioenergy Task 32, wo er die Schweiz von 1990 bis 2024 vertrat und entscheidende Beiträge zur Emissionsminderung von Biomasseverbrennungen leistete.

Neben seiner Forschungstätigkeit war Nussbaumer auch als engagierter Dozent bekannt. Hunderte von Studenten an der ETH Zürich und später an der Hochschule Luzern erhielten von ihm eine fundierte Ausbildung in Energietechnik. Viele seiner ehemaligen Studenten sind heute in leitenden Positionen in Industrie, Verwaltung oder Wissenschaft tätig. Thomas Nussbaumer selbst betont, dass die Ausbildung junger Ingenieure für ihn die schönste Aufgabe seiner Karriere war.