Holz ist einer der besten und am reichlichsten vorhandenen nachwachsenden Rohstoffe der Natur, und seit jeher nutzen die Menschen Holz auf vielfältige Weise. Im Einklang mit dem technologischen Fortschritt hat sich die Verwendung von Holzprodukten weiterentwickelt und neue Möglichkeiten in so unterschiedlichen Bereichen wie Architektur, Computertechnik und Energieverbrauch eröffnet. Im Beitrag „Nature’s Packaging“ dieser Woche werden wir uns näher mit Holz als innovativer Energiequelle befassen.

Biomasse

Biomasse ist nachwachsendes organisches pflanzliches oder tierisches Material. Zu den Energiequellen aus Biomasse zählen unter anderem Pflanzen, Nutzpflanzen, Reststoffe aus der Landwirtschaft und der Forstwirtschaft, Deponiegase sowie industrielle und kommunale Feststoffabfälle.

Was macht sie erneuerbar? Pflanzen, Nutzpflanzen, landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Reststoffe können auf verschiedene Weise verbraucht und anschließend wieder angepflanzt und schnell nachgewachsen werden. Industrie- und Siedlungsabfälle hingegen fallen kontinuierlich an.

In vielen Fällen lässt sich Biomasse als erneuerbare Energiequelle durch Verbrennung oder chemische Reaktionen in Energie umwandeln. Diese Energie kann für vielfältige Zwecke genutzt werden, beispielsweise zur Erzeugung von Wärme für Haushalte, von Strom für Gebäude und sogar von Kraftstoff für Fahrzeuge (z. B. Ethanol).

Holzbiomasse

Holzbiomasse ist das Restmaterial von Bäumen und Sträuchern, das jene Teile eines Baumes umfasst, die normalerweise nicht zur Nutzung geerntet werden: Wurzeln, Blätter, Äste, kleinere Zweige, Rinde und manchmal auch Ranken. Holzbiomasse stammt aus verschiedenen Quellen: forstwirtschaftliche Maßnahmen, Bäume, die zur Energiegewinnung angebaut werden, Abfälle aus der Holzverarbeitung, als Brennstoff genutztes Holz, städtische Holzabfälle sowie Durchforstungsmaßnahmen, die durchgeführt werden, um Schäden durch Waldbrände und Waldschädlinge zu verringern.

• Forstwirtschaftliche Tätigkeiten – Dazu gehören die Materialien, die typischerweise zurückbleiben, wenn ein Wald zur Holzgewinnung abgeholzt wird, wie Äste, Baumkronen, Stümpfe und andere Rückstände
• Energiepflanzen – Bäume oder Gehölze, die nach dem Zurückschneiden schnell nachwachsen. Dazu gehören Kurzumtriebsplantagen mit Arten wie Pappel und Weide.
• Abfälle aus der Holzverarbeitung – Zu dieser Kategorie gehören Sägemehl und Reststoffe aus Sägewerken und der Möbelherstellung.
• Holzbrennstoffe – beispielsweise Zellstoffholz und Nutzholz, das als Brennstoff zum Heizen von Gebäuden oder zur Erzeugung von Wärme in industriellen Prozessen verwendet wird.
• Hölzerne Abfälle aus städtischen Gebieten – Holzabfälle, die bei der Rodung von Flächen, durch Sturmschäden, bei der Landschaftspflege sowie bei der Freihaltung von Stromleitungen anfallen.
• Baum- und Waldausdünnung – das Zurückschneiden und Ausdünnen von Wäldern und Baumbeständen, einschließlich der Entfernung unerwünschter Baumarten und Pflanzen. Alle Rückstände, die entfernt werden, um die ökologische Gesundheit des Waldes zu erhalten oder zu verbessern und seine Fähigkeit zur Verringerung der Waldbrandgefahr zu stärken.

Energie aus Holzbiomasse

Der Großteil der zur Energiegewinnung genutzten Holzbiomasse ist ein Nebenprodukt der Waldbewirtschaftung und der forstwirtschaftlichen Industrie. Als Energiequelle wird Holzbiomasse in erster Linie durch Verbrennung, chemische Umwandlung, biochemische Umwandlung und thermochemische Umwandlung in Energie umgewandelt.

• Verbrennung – die Verbrennung von holzartiger Biomasse zur Wärmeerzeugung.
• Chemische Umwandlung – Aufspaltung von holzartiger Biomasse durch einen chemisch induzierten Prozess. Man denke an Biodiesel.
• Biochemische Umwandlung – Einsatz eines lebenden Organismus (z. B. Bakterien oder Hefe) zum Abbau von Biomasse
• Thermochemische Umwandlung – durch die Einwirkung von Hitze auf Biomasse entstehen verschiedene Arten von Gasen und Flüssigkeiten oder Feststoffen (z. B. Vergasung, Verflüssigung, Pyrolyse)

Strom

Holz kann in einem Kessel verbrannt werden, um Strom zu erzeugen. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme bringt Wasser zum Kochen und erzeugt Dampf, der Turbinen antreibt und so Strom erzeugt. Der Strom wird häufig zur Versorgung von kleinen Industriebetrieben bis hin zu kommunalen Kraftwerken genutzt.

Hitze

Das Entzünden und Nutzen eines Feuers zum Wärmen ist die älteste Heizmethode der Welt. Im Zusammenhang mit holzartiger Biomasse und Wärme werden diese Heizsysteme (Heizkessel, Öfen und Außenöfen) in der Regel zur Beheizung von Wohn- und/oder Industrieräumen eingesetzt. Eine gängige Alternative sind Holzpellet-Heizsysteme sowohl für den privaten als auch für den gewerblichen Gebrauch.

Holzpellets sind ein Biomasseprodukt, das zu kleinen, zylindrischen Pellets verarbeitet und gepresst wurde, die sich aufgrund ihrer geringen Größe und hohen Dichte ideal für die Lagerung und Wärmeerzeugung eignen. In den letzten Jahren haben sie sich als beliebte Methode zur Beheizung von Wohnräumen mittels Holzpelletofen etabliert und erfreuen sich auch im gewerblichen und industriellen Bereich zunehmender Beliebtheit.

Kraft-Wärme-Kopplung

Wenn Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt und genutzt werden, spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). In Gewerbe- und Industrieanlagen erzeugen Kessel, die Holz zur Stromerzeugung nutzen, auch Warmwasser und/oder Dampf, der für andere Zwecke verwendet wird. Die Kraft-Wärme-Kopplung ist die häufigste Form der Holznutzung in den Vereinigten Staaten. Zellstoff- und Papierfabriken nutzen in diesen Systemen holzartige Biomasse und Holznebenprodukte zur Erzeugung von Wärme und Strom.

Biokraftstoffe

Während die meisten Kraftstoffe für den Verkehr aus der Raffination von Erdölprodukten gewonnen werden, werden Biokraftstoffe intensiv erforscht, um Bedenken hinsichtlich der Erschöpfung traditioneller fossiler Brennstoffe, Umweltprobleme, der nationalen Energiesicherheit und Preisschwankungen auszuräumen. Die bekanntesten Arten von Biokraftstoffen sind Ethanol und Methanol.

• Ethanol – Ethanol auf Holzbasis (Zellulose-Ethanol) wird aus den Zellwänden von Holzwerkstoffen gewonnen. Es ist chemisch komplexer als herkömmliches pflanzliches Ethanol und verbrennt sauberer als Benzin und Diesel. Zudem weist es geringe Emissionen von Kohlenstoff, Schwefel und Feinstaub auf.
• Methanol – auch als Holzalkohol bekannt – wird durch die Destillation von Holz gewonnen. Es wird in der Regel in Kraftstoffen für den professionellen Rennsport sowie als Additiv zur Erhöhung der Oktanzahl von Benzin verwendet.

Holzbiomasse als natürlicher, nachwachsender Rohstoff, der zur Erzeugung von Wärme, Strom, Energie und Kraftstoffen genutzt wird, hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Durch die Entnahme aus den Wäldern kann sie zur Erhaltung gesunder Wälder beitragen und das Risiko von Waldbränden mindern; es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass eine übermäßige Nutzung oder die Entnahme von zu viel Holzmaterial negative Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit und natürliche Lebensräume haben kann. Es ist ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Ökonomie und Ökologie, bei dem Praktiken wie die Waldbewirtschaftung dazu beitragen können, die richtige Mischung zu finden.

Eine häufig gestellte Frage ist, ob genügend holzartige Biomasse zur Verfügung steht, um eine nachhaltige Ressource zu schaffen, die sich so skalieren lässt, dass sie den Bedarf eines großen Teils der Bevölkerung oder der Industrie decken kann. Dies hängt zum Teil von der Politik der Regierung, von Anreizen und von unternehmerischen Aktivitäten ab, die neue Innovationen in diesem Sektor vorantreiben.

Zwar gibt es keine Energiequelle – sei sie nun erneuerbar oder nicht –, die alle Herausforderungen im Zusammenhang mit der Energieerzeugung und dem Energieverbrauch vollständig bewältigen kann, doch bietet holzartige Biomasse zweifellos praktikable Alternativen, die diesen Bedarf heute und in Zukunft ergänzen können und werden. Holz wird immer eine gute Wahl sein.