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Holz

Definition: ein erneuerbarer Brennstoff aus Pflanzenmaterial

Englisch: wood, firewood

Kategorien: Energieträger, erneuerbare Energie, Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 25.04.2012; letzte Änderung: 03.11.2018

Holz ist das feste Material von Baumstämmen, Ästen und Sträuchern, gilt also auch als Biomasse. Es gehört zu den von der Menschheit schon am längsten genutzten Brennstoffen und Quellen von erneuerbarer Energie. Holz besteht aus Cellulose, Lignin und vielen anderen Stoffen; insbesondere hat es auch einen nennenswerten Wassergehalt, insbesondere wenn es frisch geschlagen ist. Seine genaue Zusammensetzung hängt stark von der Art der Pflanzen ab und ändert sich bei der Lagerung weiter.

Dieser Artikel konzentriert sich auf Holz als Brennstoff, diskutiert also nicht z. B. den Einsatz von Holz als Baustoff.

Brennholz

Brennholz ist naturbelassenes Holz, welches für den Zweck der Verbrennung geeignet hergerichtet ist. Insbesondere muss es mechanisch zerkleinert und genügend getrocknet sein, da ein erhöhter Wassergehalt einerseits die Schadstoffemissionen bei der Verbrennung stark erhöhen kann und andererseits den Heizwert erheblich vermindert. Bei 50 % Wasseranteil (bezogen auf die Feuchtmasse) ist der Heizwert pro Kilogramm nur etwa halb so hoch wie beim trockenen Holz mit 15 % Restfeuchte. Diese Verminderung rührt daher, dass erstens 1 kg feuchtes Holz entsprechend weniger Trockenmasse enthält und zweitens der Wasseranteil beim Verbrennen verdampft wird, wobei die Verdampfungswärme aufgewandt werden muss.

Wenn Holz wie üblich durch Lagern in Form von Scheiten im Freien (mit einer Überdachung als Regenschutz) getrocknet wird, kann eine ausreichende Trocknung im Sommer nach einigen Monaten angenommen werden; besser ist jedoch die Freilufttrocknung über ein bis zwei Jahre, oder bei manchen Holzsorten (z. B. Eiche) eher noch länger. Industrielle Holztrocknungsanlagen brauchen sehr viel weniger Zeit, verursachen jedoch einen gewissen Energieaufwand (stark abhängig von der eingesetzten Technologie).

Die Feuchtigkeit von Brennholz kann mit Messgeräten überprüft werden. Üblich ist das Verfahren, die elektrische Leitfähigkeit beim Kontakt mit zwei metallischen Elektroden zu messen: Die Leitfähigkeit ist umso höher, je höher der Wassergehalt des Holzes ist. Andere Geräte funktionieren auf der Basis des Streufeldverfahrens mit kapazitiven Elektroden oder mit Mikrowellen.

Die Rinde von Bäumen sollte nicht mit verbrannt werden, da dies zu besonders hohen Feinstaubbelastungen im Abgas führt. Es ist vorteilhaft, wenn die Rinde direkt bei der Ernte im Wald von den Stämmen entfernt wird und dort verbleibt, zumal sie auch wichtige Nährstoffe enthält.

Altholz, etwa ausgedientes Bauholz, kann zwar unter bestimmten Umständen in geeigneten Anlagen verbrannt werden (siehe unten), gilt aber in den einschlägigen Bestimmungen nicht als Brennholz, sondern als Abfall.

Brennholz wird häufig in Form von Stückholz (Holzscheiten oder Holzhackschnitzeln) verwendet. Es werden vor allem für kleinere Wärmeerzeugung zunehmend auch Holzpellets eingesetzt, die sich wesentlich leichter automatisiert verbrennen lassen. Sie können auch automatisch aus einem Pelletlager z. B. zum Pelletkessel hin abgesaugt werden. Wegen ihrer kleinen und einheitlichen Größe verbrennen sie in aller Regel wesentlich sauberer als Stückholz.

Der Heizwert von Brennholz liegt bei rund 15 MJ/kg (aber etwas von der Holzsorte und vor allem vom Trocknungsgrad abhängig) und ist damit deutlich geringer als der von Heizöl (um 40 MJ/kg). Die Energiedichte (vor allem die volumetrische) eines Holzlagers als Energiespeicher ist somit erheblich geringer als die eines Heizöltanks. Entsprechend größer ist der Platzbedarf für ein Holzlager.

Der Prozess der Holzverbrennung ist sehr komplex. Beim Erhitzen des Holzes tritt zunächst eine Vergasung auf, d. h. es tritt brennbares Holzgas aus, welches insgesamt einen Großteil der Holzflammen nährt. Erst später verbrennt der verbleibende feste Rest, der einen geringeren Anteil an Wasserstoff und Sauerstoff aufweist und der Holzkohle ähnelt. Bei der Verbrennung läuft also eine Vielzahl komplizierter chemischer Reaktionen ab. Dies und die Inhomogenität (räumliche Variabilität) der Verbrennungsbedingungen macht es auch relativ schwer, eine vollständige und saubere Verbrennung zu garantieren, insbesondere bei variabler Qualität (z. B. Feuchtegrad) des eingesetzten Holzes. Unterschiedliche Verbrennungstechnologien (siehe unten) erzielen hier recht unterschiedliche gute Resultate, wobei kleinen Holzkessel bezüglich Effizienz und Abgasqualität meist relativ schlecht abschneiden.

Holzkessel und Holzöfen

In der Regel wird Holz zwecks Gewinnung von Wärme in Holzkesseln (Heizkessel für Betrieb mit Holz) und ähnlichen Feuerungsanlagen verbrannt. Es gibt recht unterschiedliche Arten von Holzkesseln und Holzöfen:

  • Kleine Öfen (z. B. Schwedenöfen) dienen der Beheizung eines einzelnen Raums oder weniger Räume mit einer Heizleistung von typischerweise einigen Kilowatt. Sie werden von Hand angefeuert und im Betrieb weiter bedient, z. B. durch Nachlegen von Scheiten.
  • Kachelöfen enthalten eine Holz-Feuerstelle und eine große Speichermasse, die eine gleichmäßige Wärmeabgabe über viele Stunden ermöglicht, andererseits aber kein schnelles Aufheizen eines Raums.
  • Offene Kaminfeuer dienen eher der Gemütlichkeit als dem Heizen, da sie energetisch meist sehr ineffizient sind.
  • Ein etwas größerer Holzkessel kann als Bestandteil einer Zentralheizungsanlage dienen (oft als Teil eines bivalenten Systems, welches auch einen Heizöl- oder Gaskessel enthält, häufig auch einen Pufferspeicher). Er hat meist eine Heizleistung zwischen 15 kW und 50 kW.
  • Sowohl kleine Einzelöfen als auch Zentralheizungskessel sind verfügbar, die mit Holzpellets befeuert werden können – häufig mit automatischer Brennstoffzufuhr entsprechend dem Wärmebedarf.
  • Noch größere Holz-Heizkessel werden eingesetzt für industrielle Zwecke oder in Holz-Heizwerken, die Fernwärme- oder Nahwärmenetze speisen. Häufig werden Hackschnitzelfeuerungen verwendet, bei denen der Brennstoff automatisch dosiert zugeführt werden kann. Große Holzfeuerung für größeres Stückgut können einen Vorschubrost enthalten. Für kleinstückigere Brennstoffversorgung geeignet sind Wanderroste mit Wurfbeschickung sowie Wirbelschichtfeuerungen. Letztere sind auch für sehr hohe Leistungen (mehrere hundert Megawatt) geeignet.

Die Abgasqualität bei der Holzverbrennung ist bei kleinen Öfen oft sehr schlecht, insbesondere wenn sie schlecht konstruiert oder unsachgemäß gehandhabt werden. Es können große Mengen gefährlicher Schadstoffe entstehen (siehe unten). Große Holzfeuerungen dies diesbezüglich oft weitaus günstiger.

Richtiges Anfeuern

Beim Anfeuern eines Holzofens entstehen besonders viele Schadstoffe – vor allem wenn nicht das richtige Verfahren gewählt wird. Von der früher üblichen Methode, einen Brennholz-Stapel von unten her in Brand zu setzen, ist abzuraten, da dann aus den oberen Scheiten durch das Erhitzen viel brennbare Gase ausgetriebenen werden, ohne diese vollständig zu verbrennen. Außerdem werden die von unten kommenden Flammen durch Kontakt mit kaltem Holz zu stark ausgekühlt, so dass die Verbrennung nicht vollständig ablaufen kann.

Für das richtige Anfeuern [2, 4] werden zuerst einige größere Scheite in den Ofen gelegt, darauf dann möglichst dünne Stücke als Anfeuerholz (das am besten von Nadelbäumen stammt, die mehr Harz enthalten und sich deswegen leichter entzünden lassen). Man entzündet dann das oben liegende Anfeuerholz, evtl. unter zusätzlicher Verwendung einer Anfeuerhilfe, die z. B. aus geharzter Holzwolle bestehen kann. Das Feuer beginnt also oben und frisst sich allmählich zu den größeren Scheiten nach unten. Am besten wird das Anfeuerholz zu einem “Anfeuermodul” aufgeschichtet [4].

Elektrische Energie aus Holz: Holzkraftwerke und Mitverbrennung in Kohlekraftwerken

Holz kann auch zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt werden, und zwar entweder in reinen Holzkraftwerken (auch mit Kraft-Wärme-Kopplung, also zusätzlicher Wärmegewinnung) oder durch Mitverbrennung (Co-firing) in Kohlekraftwerken. Im letzteren Falle wird Holz der Kohle beigemischt, ersetzt also einen Teil der Kohle als Energieträger.

Wie auch bei anderen Energieträgern (z. B. Erdgas) ist es nicht sinnvoll, für den Vergleich der Energieausbeuten von Strom- und Wärmeerzeugung nur die Gesamtwirkungsgrade heranzuziehen. Die erzeugte elektrische Energie ist wertvoller und entsprechend höher zu gewichten als Heizwärme. Beispielsweise kann mit Hilfe von Elektrowärmepumpen aus der erzeugten elektrischen Energie ein Mehrfaches an Heizwärme gewonnen werden. Insofern ist z. B. die Mitverbrennung in einem Kohlekraftwerk selbst ohne Abwärmenutzung nicht unbedingt weniger energieeffizient als die Verbrennung in einem Holzheizwerk oder einem Kachelofen.

Heute wird verstärkt an der Entwicklung von Verfahren für die Holzvergasung gearbeitet, zum Teil in Holzvergaserkessel und zum Teil auch zur Anwendung in der Stromerzeugung. Im letzteren Fall wird ein Holzgas hergestellt, welches zum Betrieb von Gasmotoren verwendet wird. Diese Technik ermöglicht relativ gute elektrische Wirkungsgrade (z. B. 35 %) auch bei relativ niedrigen Leistungen von wenigen Megawatt. Anlagen mit Dampfturbinen würden eine solche Effizienz erst bei viel höheren Leistungen erreichen, die dann aber längere Transportwege für das dezentral anfallende Holz bedingen und die Abwärmenutzung erschweren würden.

Einfluss der Verbrennungsbedingungen

Die Menge der bei der Holzverbrennung entstehenden Schadstoffe (siehe unten) sowie die Ausbeute an Heizwärme hängen stark von der Qualität des Holzes sowie von den Verbrennungsbedingungen ab. Letztere sind vor allem bei kleineren Holzfeuerungen häufig alles andere als ideal und können durch ungünstige Verwendung noch weiter verschlechtert werden:

  • Solange der Schornstein der Holzfeuerung kalt ist, zieht es zu wenig Verbrennungsluft an. Sauerstoffmangel kann die Bildung von Kohlenmonoxid und Ruß stark begünstigen. Auch der Versuch, die Heizleistung über eine Drosselung der Luftzufuhr zu regulieren, kann leicht hierzu führen.
  • Ein großer Luftüberschuss ist ebenfalls ungünstig, da er die Abgasverluste erhöht und die Verbrennungstemperatur herabsetzt, was zu unvollständiger Verbrennung führen kann. Offene Kaminfeuer sind deswegen meist sehr ineffizient; sie heizen weit mehr den Schornstein als die Wohnräume. Die Verbrennungstemperatur wird ebenfalls zu niedrig, wenn die Flammen den Kesselwänden zu nahe kommen.
  • Selbst wenn die Luftmenge insgesamt angemessen ist, kann im Feuer lokal leicht ein Sauerstoffmangel auftreten. Dann können beispielsweise unverbrannte giftige Gase entweichen. Dies versucht man in Verbrennungsanlagen durch eine starke Verwirbelung zu verhindern, die z. B. durch Einblasen von Sekundärluft durch geeignet angebrachte Düsen erzielt wird.
  • Ein hoher Feuchtegehalt des Holzes reduziert die Wärmeausbeute und die Flammentemperatur. Bei zu niedrigen Flammentemperaturen steigt der Ausstoß unverbrannter Stoffe stark an. Bei sehr hohen Flammentemperaturen steigt dagegen der Ausstoß von Stickoxiden an.
  • Wenn sich Ruß bildet, etwa wegen schlechten Holzes oder wegen Luftmangel, setzt dieser sich an den Kesselwänden ab. Die entstehenden Rußschichten können den Wärmeübergang und damit die Wärmeausbeute verschlechtern. Andererseits ist führt ein guter Wärmeübergang eventuell zu zu niedrigen Abgastemperaturen und damit zur Versottung oder auch Korrosion des Kessels.
  • Eine ausreichende Verweildauer der brennenden Teilchen im heißen Bereich des Kessels ist wichtig, da die Verbrennungsgeschwindigkeit bei Holz relativ niedrig ist. Gerade für niedrige Holzqualitäten erfordert dies eine relativ große Bauweise des Kessels. Auf keinen Fall sollen Flammen direkt Teile des Kessels treffen, da dies die Flammen zu stark abkühlt und die Verweildauer zu kurz macht.

Generell ist die Verbrennung von Holz ein sehr komplexer Prozess, der weitaus schwieriger günstig zu gestalten ist als die Verbrennung z. B. von Heizöl oder Erdgas. Unter optimalen Bedingungen, die bei großen Holzfeuerungen eher erreichbar sind, ist die Luftbelastung durch die Holzverbrennung noch akzeptabel, wenn auch meist höher als z. B. bei Öl- oder Gasheizungen. Dagegen führen vielerorts kleine Holzfeuerungen zu starken Belastungen der Atemluft, insbesondere zu Smog durch Feinstaub, und zwar in höherem Ausmaß als z. B. durch Dieselmotoren von Autos. Dies gilt schon für Verwendung von sauberem Brennholz (deutlich weniger allerdings bei Holzpellets) und oft stark vermehrt bei illegaler Abfallverbrennung.

Schadstoffe bei der Holzverbrennung

Die häufigsten chemischen Elemente in Holz sind Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Aus diesen entsteht bei der Verbrennung im Idealfall Kohlendioxid und Wasserdampf. Jedoch entstehen auch gewisse Mengen giftiger Bestandteile der Verbrennungsabgase, und zwar auch bei sauberem, unbehandeltem Holz:

  • Da die Zufuhr von Sauerstoff sowie die lokale Temperatur bei der Verbrennung eines Festbrennstoffs wie Holz häufig nicht ideal ist, gibt es schädliche Produkte unvollständiger Verbrennung, insbesondere das giftige Kohlenmonoxid sowie Rußteilchen, an denen weitere giftige Substanzen haften.
  • Bei höheren Verbrennungstemperaturen entstehen auch Stickoxide.
  • Holz (auch unbehandeltes) enthält gewisse Mengen von Schwermetallen wie Zink, Blei, Eisen, Chrom und Kupfer, in geringeren Mengen auch sehr giftige Elemente wie Arsen, Blei, Cadmium, Quecksilber und sogar auch radioaktive Substanzen. Diese Stoffe bleiben zum größeren Teil in der Asche, entweichen zum Teil aber auch als gesundheitsschädlicher Feinstaub mit dem Abgas. Die Asche enthält diverse Schadstoffe in viel höherer Konzentration als das Holz.
  • Auch diverse an sich ungiftige Mineralstoffe wie z. B. Magnesium- und Kaliumverbindungen sowie der Schwefelgehalt des Holzes führen zu problematischen Abgasbestandteilen.
  • Aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Halogenen wie Chlor entstehen bei der Verbrennung in geringen Mengen auch extrem giftige Stoffe wie Dioxine und Furane.

Für neu einzubauende Holz-Feuerungsanlagen gelten heutzutage Emissionsgrenzwerte insbesondere für Feinstaub; in Deutschland fordert die Bundesimmissionsschutzverordnung seit 2015 eine starke Absenkung der Feinstaubwerte. Dies ist möglich mit Hilfe eines elektrostatischen Filters zwischen dem Kessel und dem Schornsteinanschluss. Die Entwicklung solcher Filter auch für Nachrüstung alter Holzkessel wäre sehr wünschenswert, da diese Geräte häufig viele Jahrzehnte lang betrieben werden und dabei große Mengen von Schadstoffen ausstoßen.

Wenn Holz behandelt wurde, etwa mit Lacken oder vor allem mit Holzschutzmitteln (die häufig sehr problematische Stoffe wie PCP, Lindan oder Arsen enthalten), können die Abgase und die Holzasche noch wesentlich giftiger werden. Die Verbrennung solchen Holzes z. B. in einem Kachelofen oder Lagerfeuer ist stark gesundheits- und umweltgefährdend und gilt z. B. in Deutschland nicht als Ordnungswidrigkeit, sondern sogar als Straftat.

Auch die Asche aus der Verbrennung von unbehandeltem Holz ist mit vielen Schadstoffen (v. a. Schwermetallen) angereichert, so dass ihre Verwendung als Dünger trotz der ebenfalls enthaltenen nützlichen Mineralien wie Kalium wenig geeignet ist. Man beachte, dass sich insbesondere die Schwermetalle bei regelmäßigem Düngen mit Holzasche im Boden immer mehr anreichern, zumal sie auch mit dem Regenwasser kaum abtransportiert werden. Deswegen ist eine Entsorgung der Asche über den Hausmüll besser.

Andere Arten der energetischen Nutzung von Holz

Abgesehen von der direkten Wärmegewinnung durch die Verbrennung von Holz gibt es auch andere Arten der energetischen Nutzung. Beispielsweise kann durch Erhitzung unter Luftabschluss Holzkohle hergestellt werden, also ein Energieträger mit höherem spezifischem Heizwert (aber insgesamt geringerem Energiegehalt). Mit dosierter Zugabe eines Vergasungsmittels wie Luft kann in einem Vergasungsprozess auch Holzgas erzeugt werden, welches als Brennstoff dienen kann, auch beispielsweise zur Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken. Ebenfalls lässt sich aus Holz Methanol herstellen, z. B. als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren.

Holz – ein klimaneutraler Brennstoff?

Bei der Verbrennung von Holz entstehen die Abgase, die pro gewonnener Kilowattstunde Wärme eine ähnliche Menge des klimaschädlichen Kohlendioxids enthalten wie bei Heizöl. Trotzdem kann die Holzverbrennung im Prinzip CO2-neutral sein, da beim Pflanzenwachstum etwa so viel Kohlendioxid aus der Luft gebunden wird, wie später bei der Verbrennung wieder frei wird. Für die (annähernde) Klimaneutralität entscheidend sind allerdings zwei Aspekte:

  • Die Gewinnung von Brennholz muss dazu führen, dass die entsprechende Menge Holz später zusätzlich nachwächst. Dies ist bei nachhaltiger Waldbewirtschaftung der Fall, bei Raubbau allerdings nicht (siehe unten).
  • Die Gewinnung des Holzes darf nicht zu einem wesentlichen Verbrauch an fossilen Energieträgern führen. Beispielsweise verbrauchen Waldmaschinen meist Dieselkraftstoff (nicht unbedingt Biodiesel), und manche Holztrocknungsanlagen verbrennen Heizöl oder Erdgas (anstatt einen Teil des Holzes dafür zu verwenden). In der Regel ist dieser Energieaufwand jedoch eher gering – im Umfang von z. B. 5 bis 15 % des Heizwerts des Holzes und damit vergleichbar mit dem Energieaufwand der Bereitstellung von Heizöl. Auch der Energieaufwand für den Transport ist relativ gering, solange die Distanzen nicht allzu groß werden.

Nachhaltige Waldwirtschaft und Raubbau

Die Kohlenstoffbilanz eines Waldes hängt stark von der Methode der Bewirtschaftung ab:

  • Wenn z. B. ein Regenwald durch massive Abholzung zerstört wird, wird ein Großteil seines Kohlenstoffinventars in die Atmosphäre freigesetzt (allenfalls verzögert bei Nutzung als Bauholz). Oft kann sich ein solcher Wald danach nicht mehr erholen. Brennholz aus solchen Quellen ist also keineswegs klimaneutral, sondern ähnlich klimabelastend wie fossile Energieträger.
  • Wenn ein Wald über lange Zeit unbewirtschaftet bleibt und sich etwa in einem Gleichgewicht befindet, nimmt er im Jahresmittel kaum mehr Kohlendioxid auf, als er z. B. durch die Verrottung von Holz abgibt. Ein solcher Wald fungiert also nicht unbedingt als eine Kohlenstoffsenke.
  • Einem nachhaltig bewirtschafteten Wald werden regelmäßig moderate Holzmengen entnommen, und die gebundene Kohlenstoffmenge bleibt langfristig etwa konstant. Dies bedeutet, dass der Wald als Kohlenstoffsenke fungiert, was das bei der späteren Verbrennung des gewonnenen Holzes entstehende Kohlendioxid kompensiert. Brennholz aus nachhaltiger Waldwirtschaft ist also annähernd klimaneutral (mit den oben genannten kleineren Einschränkungen z. B. durch den Kraftstoffverbrauch der Waldmaschinen). Zur echte Nachhaltigkeit gehört allerdings nicht nur, dass alles Holz wieder nachwächst, sondern auch, dass man die dauerhafte Stabilität des Waldes erhält, beispielsweise durch die Bewahrung einer ausreichend großen Biodiversität.

Zumindest die kurz- und mittelfristige Klimaneutralität kann auch dann in Frage gestellt sein, wenn eine massive Holzentnahme stattfindet, der zwar den Wald nicht langfristig zerstört, sein Kohlenstoffinventar aber für Jahrzehnte gegenüber dem naturbelassenen Zustand vermindert. Dies ist der Fall z. B. bei der industriellen Holzgewinnung auf dem amerikanischen Kontinent, teils veranlasst durch europäische Konzerne. Dieses Holz wird für die Mitverbrennung in Kohlekraftwerken eingesetzt, um deren Klimabilanz zu verbessern. Diese Methode kann also höchstens langfristig gesehen (über viele Jahrzehnte) als einigermaßen klimaneutral angesehen werden, wobei auch der Transport über weite Strecken (viele tausend Kilometer) zu beachten ist. Sie kann also zwar kaum als Raubbau bezeichnet werden, aber auch nicht uneingeschränkt als nachhaltige Holzwirtschaft.

Kahlschläge sind übrigens nicht grundsätzlich ein Verstoß gegen die Nachhaltigkeit. In Gegenden wie Deutschland führt die natürliche Entwicklung praktisch immer zur Entstehung eines neuen, womöglich sogar artenreicheren Walds. Bei tropischen Wäldern ist dies häufig anders.

Holzversorgung in Deutschland

In deutschen Wäldern werden jährlich gut 50 Millionen Kubikmeter Holz gewonnen. Dies reicht jedoch lange nicht aus, um den Holzverbrauch in Höhe von ca. 240 Millionen Kubikmetern zu decken. Der größte Teil dieser Deckungslücke wird mit Importen z. B. aus Osteuropa ausgeglichen, wobei schwer zu kontrollieren ist, inwieweit dieser Anteil mit nachhaltiger Forstwirtschaft gewonnen wird (z. B. wegen Korruption in manchen Ländern). Immerhin rund 45 Millionen Kubikmeter können durch die Nutzung von Altpapier eingespart werden, und grob geschätzt 10 Millionen durch die Verwendung von Altholz (siehe unten).

In dieser Situation wird teils versucht, den Grad der Selbstversorgung Deutschlands zu erhöhen, indem man beispielsweise auch Rinden und Äste aus dem Wald holt, um damit immerhin noch Holzpellets zu erzeugen. Jedoch gehen dem Wald damit wichtige Nährstoffe verloren. Aus solchen Gründen ist das Potenzial einer Erhöhung der Produktion recht begrenzt, obwohl die jährlich nachwachsende Menge an Holz noch deutlich über dem Einschlag liegt.

Hieraus wird klar, das beispielsweise die Erzeugung zusätzlicher Holzpellets aus zusätzlich eingeschlagenen Holz, wenn die zur Verfügung stehenden Mengen von Sägeabfällen u. ä. einmal voll ausgeschöpft werden, kaum möglich wäre; hierfür würde dann eine Ausweitung der Importe notwendig. Die Nachhaltigkeit dieses Ansatzes wäre natürlich zu bezweifeln.

Altholz

Im Prinzip kann Holz auch nach einer anderen Nutzung – etwa als Bauholz – noch zur Wärmegewinnung durch Verbrennen genutzt werden. Wenn diese energetische Nutzung jedoch in dafür ungeeigneten Anlagen erfolgt, entsteht die Gefahr der Bildung sehr giftiger Schadstoffe in den Abgasen (siehe oben), und zwar vor allem bei der Verbrennung von chemisch behandeltem Holz:

  • Lacke, Harze und Öle, die nicht selbst sehr giftige Substanzen enthalten, können in geeigneten Verbrennungsanlagen relativ unschädlich verbrannt werden, in nicht geeigneten Anlagen oder gar Lagerfeuern jedoch zu starker Bildung giftigen Qualms führen.
  • Gewisse gefährliche Holzschutzmittel z. B. auf der Basis von PCP oder Lindan können bei gut kontrollierten Verbrennungsbedingungen in speziellen Anlagen ebenfalls relativ schadstoffarm verbrannt werden. Dagegen führt die Verbrennung in dafür ungeeigneten Holzkesseln oder Lagerfeuern zu starker Bildung von hochgiftigen Substanzen wie Dioxinen und Furanen. Diese können vor allem bei offenen Feuern direkt eingeatmet werden, sich aber auch in der näheren Umgebung der Feuerstelle (etwa in Gemüsegärten in der Nähe des Hauses oder auf Spielplätzen) ablagern. Ebenfalls kann die Feinstaubbelastung der Atemluft in der Umgebung scharf ansteigen, und zwar auf weit höhere Werte als üblicherweise durch den nahen Autoverkehr. Insbesondere Kinder und Lungenkranke (etwa Asthmatiker) werden dadurch erheblich gefährdet.
  • Andere Schadstoffe wie Schwermetalle und Arsen können bei der Verbrennung grundsätzlich nicht vernichtet werden, sondern nur mit entsprechenden Abgasreinigungsanlagen (z. B. Elektrofiltern) abgeschieden werden. Die Filterasche muss dann z. B. in Sondermülldeponien entsorgt werden. Die Verbrennung besonders belasteten Holzes z. B. in Kachelöfen ohne Filteranlagen führt zur Verseuchung der Böden in der näheren Umgebung mit den Schwermetallen.

Man beachte, dass Lacke zwar meist leicht sichtbar sind, Holzschutzmittel aber nicht unbedingt. Es kann also keineswegs allein durch Augenschein beurteilt werden, ob Altholz chemisch belastet ist. Spezielle chemische Verfahren der Schadstoffanalyse wären hierfür notwendig.

Aus den genannten Gründen ist die Verbrennung von Altholz z. B. in Deutschland gesetzlich stark reglementiert:

  • Grundsätzlich gilt Altholz (z. B. Industrierestholz oder Gebrauchtholz) nicht als Brennholz, sondern als Abfall, der gemäß speziellen Richtlinien genutzt oder entsorgt werden muss.
  • Das Altholz wird in vier Kategorien mit zunehmender Gefährlichkeit eingestuft. Die Altholzkategorie A I umfasst naturbelassenes oder lediglich mechanisch bearbeitetes, kaum belastetes Altholz. Holz mit Lacken und Farben sowie verleimtes Holz fällt in die Kategorie A II, falls es keine halogenorganische Verbindungen oder Holzschutzmittel enthält. Bei Belastung nur mit halogenorganische Verbindungen erfolgt die Einstufung in Kategorie A III. Die Altholzkategorie A IV gilt für sehr problematische Holzabfälle z. B. mit Holzschutzmitteln oder Flammschutzmitteln. Darüber hinaus gibt es PCB-Altholz mit polychlorierten Biphenylen. Im Zweifelsfall erfolgt eine höhere Einstufung.
  • Je höher die Altholzkategorie, desto strenger sind die Einschränkungen für die erlaubte Weiterverwendung oder Verbrennung (thermische Nutzung). Die Verbrennung von Altholz der hohen Kategorien gilt in der Regel als Straftat und wird entsprechend mit sehr empfindlichen Bußen geahndet.

In keinem Fall ist die Entsorgung durch Verbrennen in einem Lagerfeuer erlaubt.

Das Bewußtsein über die Gefährlichkeit von Schadstoffen in Altholz ist in der Bevölkerung und teils sogar bei staatlichen Behörden und bei Polizeibeamten noch mangelhaft ausgebildet. Insbesondere die energetische Nutzung auch in völlig ungeeigneten Anlagen wird deswegen häufig als sinnvoll angesehen, und selbst eine massive Qualmbildung beim Verbrennen wird häufig als eine noch tragbare Belästigung der Nachbarn betrachtet. Hierbei wird nur der Aspekt der Geruchsbelästigung wahrgenommen, die Gesundheits- und Umweltschädigung dagegen ignoriert. (Der praktische Aspekt der lokalen Abfallbeseitigung mag oft die Tendenz stärken, Informationen über die Gefährlichkeit solchen Handelns zu verdrängen.) Jedoch achten die Schornsteinfeger zunehmend auf Anzeichen von illegaler Abfallverbrennung in Kachelöfen und anderen Holzöfen; sie sind auch gesetzlich verpflichtet, solchen Missbrauch anzuzeigen, und können notfalls die Stilllegung einer Feuerstelle anordnen. Übrigens kann es auch vorkommen, dass Feuerungsanlagen und Schornsteine durch aggressive Abgase schwer geschädigt werden, was teure Reparaturarbeiten notwendig machen kann.

Im Prinzip ist die Kaskadennutzung von Holz – erst als Baustoff, später als Brennstoff – sehr sinnvoll. Jedoch ist es meist schwierig, eine Schadstoffbelastung sicher auszuschließen. Deswegen kann viel Altholz vorsorglich nur in bestimmten, dafür zugelassenen Anlagen verbrannt werden (siehe oben), was die Nutzungsmöglichkeiten deutlich einschränkt. Eine sinnvolle Nutzung kann die Verstromung in mittelgroßen Anlagen sein, die gute Verbrennungsbedingungen garantieren und über eine gute Abgasreinigung verfügen.

Welche Art der energetischen Holznutzung ist sinnvoll?

Arten von Holz

Grundsätzlich sollte nur solches Holz genutzt werden, welches durch eine nachhaltige Waldbewirtschaftung gewonnen wird. Hierzu gehört, dass das im Wald gespeicherte Kohlenstoffinventar durch die Holzentnahme nicht erheblich vermindert wird.

Eine relative hohe Ausbeute an Brennholz ist möglich mit sogenannten Kurzumtriebsplantagen. Es ist ebenfalls möglich und oft sinnvoll, Streifen von energetisch zu nutzenden Bäumen zwischen Ackerflächen anzulegen; dies schützt gleichzeitig die Äcker gegen Erosion.

Die energetische Nutzung von Altholz (siehe oben) ist im Prinzip sinnvoll, muss aber mit großer Vorsicht durchgeführt werden. Bei Nichtbeachtung der gesetzlichen Vorschriften können nämlich massive Umwelt- und Gesundheitsgefährdungen entstehen.

Sehr sinnvoll ist die energetische Nutzung von unbehandeltem Restholz. Beispielsweise werden heute Holzpellets zum großen Teil aus Resten der Holzverarbeitung hergestellt.

Lokale Holzgewinnung und Holz aus ferneren Gegenden

Ökologisch günstig ist sicherlich Holz, welches nicht allzu weit vom Ort der Gewinnung genutzt werden kann, um lange Transportwege zu vermeiden. Allerdings wird der Transportaufwand nicht allein durch die Distanzen bestimmt; beispielsweise können die letzten Kilometer, die Brennholz mit einem Autoanhänger transportiert wird, einen höheren Energieaufwand verursachen als ein viel längerer Bahn- oder Schiffstransport. Andererseits ist die Gefahr des Raubbaus u. U. größer, wenn das Holz in fernen Ländern mit industriellen Methoden geerntet wird.

Man beachte, dass auch der Verbrauch von lokal gewonnenem Holz indirekt zu verstärkten Holzimporten beitragen kann, da die Nachfrage anderer Kunden dies dann erfordern kann.

Zentrale oder dezentrale Anlagen?

Die dezentrale Holzverbrennung, besonders für Heizungszwecke, ist einerseits günstig, weil sie fossile Energieträger durch erneuerbare Energie ersetzt und damit auch dem Klimaschutz dient. Andererseits tragen kleine Holzheizkessel häufig zu starken Belastungen der Luftqualität bei, die in keinem sinnvollen Verhältnis zu den positiven Umweltwirkungen stehen (vor allem bei ungünstiger Bedienung). Deswegen ist die Nutzung von Stückholz in etwas größeren, technisch ausgereiften und besser bedienten Feuerungsanlagen vorzuziehen – im Idealfall in Holzkraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung (siehe unten), wobei die optimale Größe der Anlagen einen Kompromiss zwischen Effizienz und Transportwegen darstellt:

  • Die höchste Energieeffizienz und die beste Abgasreinigung wird in der Regel in sehr großen Anlagen erreicht – z. B. durch Mitverbrennung in Kohlekraftwerken. Dies bedingt allerdings lange Transportwege und macht die Abwärmenutzung schwierig. Insofern können etwas kleinere Anlagen (z. B. mit einigen zehn Megawatt) günstiger sein.
  • Bei sehr kleinen Anlagen (unter 1 MW) ist es dagegen schwierig, hohe elektrische Wirkungsgrade zu erzielen, wobei allerdings neue Verfahren der Holzvergasung große Fortschritte versprechen.

Kleine (dezentrale) Heizanlagen sollten eher mit Holzpellets betrieben werden, um gute Abgaswerte zu erzielen, zumal dies auch wesentlich komfortabler ist.

Wärme- oder Stromerzeugung?

Die Stromerzeugung mit gleichzeitiger Wärmenutzung (Kraft-Wärme-Kopplung) in einem Holzheizkraftwerk ist die effizienteste Nutzung des Holzes, selbst wenn der Gesamtwirkungsgrad etwas geringer ausfällt als bei rein thermischer Nutzung. Die hierfür genutzten Anlagen können allerdings nur ab einer gewissen Leistungsklasse (einige Megawatt elektrisch) wirtschaftlich betrieben werden. Solche Anlagen können dann auch vergleichsweise günstige Abgaswerte erreichen, die Umwelt also viel weniger belasten als der Betrieb vieler kleiner Feuerungen. Vorteilhaft (obwohl teurer) sind Anlagen mit Holzvergasung, die bereits im unteren Megawatt-Bereich Wirkungsgrade erreichen, wie sie sonst mit Dampfturbinen nur in viel größeren Anlagen möglich wären.

Da die Stromerzeugung mit Holz wesentlich schwieriger ist als mit Erdgas, kann es auch eine sinnvolle Strategie sein, vor allem größere Erdgas-Heizkessel durch Holzkessel zu ersetzen, um das Erdgas mehr für die Stromerzeugung nutzen zu können.

Literatur

[1]Blog-Artikel: Brennholz: ein sinnvoller Ersatz für Heizöl und Erdgas?
[2]“Feuern ohne Rauch” von energie-umwelt.ch, einer Informationsplattform schweizerischer Fachstellen für Energie und Umwelt, http://www.energie-umwelt.ch/haus/renovation-und-heizung/cheminee-modernisieren/408
[3]“Holzfeuerungen richtig betreiben”, Merkblatt von Holzenergie Schweiz, http://www.holzenergie.ch/shop/anlagen-betrieb/categories/d-anlagen-betrieb/products/holzfeuerungen-richtig-betreiben.html
[4]“Richtig anfeuern”, ein Video von Holzenergie Schweiz, http://www.youtube.com/watch?v=bHbGUeioLQY

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Biomasse, Festbrennstoff, Brennstoff, Holzhackschnitzel, Holzpellets, Kachelofen, Verbrennung, Heizwert, Sauerstoffindex, Feinstaub, Nachhaltigkeit, Mitverbrennung, erneuerbare Energie, bivalente und monovalente Anlagen
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieträger, erneuerbare Energie, Haustechnik, Wärme und Kälte

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