Heizen mit Holz - Wie macht man's heute?

Autor:  Prof. Dr. Jochen Fricke, Cluster Energietechnik (Stand: April 2018)

Deutschland hat eine Waldfläche von ca. 114 000 km² = 11 400 000 ha, auf der etwa 3.6 Mrd.m³ Holz gespeichert sind, was etwa 320 m³/ha entspricht. Das jährliche Holzwachstum beträgt etwa 11 m³/ha, also insgesamt  120 Mio. m³ oder 80 Mio. t Holz.

Legt man eine solare Einstrahlung von 1000 kWh/(m²∙a) und eine Verbrennungs-Enthalpie pro m³ Hart-Holz von 3 MWh zu Grunde, so berechnet sich ein für Biomasse typisch geringer Umsetzungs-Wirkungsgrad 

η = (117 Mio. m³∙3MWh/m³)/(1MWh/m²∙114∙109m²) = 350TWh/114000 TWh ≈ 0.3 %. 

Zieht man vom jährlichen Holzertrag Totholz-  und Rinden-Mengen (zus. etwa 30 Mio. m³) sowie eine jährliche, für die Nachhaltigkeit nötige Speichermenge von 15 Mio. m³ ab, so verbliebe eine mögliche nachhaltige Einschlagmenge von 75 Mio. m³. Geerntet werden in Deutschland jährlich etwa 56 Mio. t, was einer Enthalpie von 170 TWh (1 Terawattstunde = 1 Mrd. kWh) entspricht. Verbrannt werden pro Jahr  ca. 37 Mio.t Festbrennstoffe, und dies in 700 000 Heizkesseln und fast 12 Mio. Einzelraumfeuerungsanlagen. Die hierbei erzeugte Wärme beträgt etwa 110 TWh. Zum Vergleich: Der jährliche Gesamtheizbedarf in Deutschland beträgt etwa 560 TWh. Den größten Beitrag, 300 TWh, liefern hierzu 13 Mio. Gas-Brenner. 

Wenn zunehmend Holz zum Verbrennen benötigt wird, ist der Einsatz von sogenannten Schnellumtriebs-Plantagen mit deutlich höheren Zuwachsraten angebracht (Abb.1 gestrichelter Verlauf). Diese lassen sich mit Pappeln und Weiden realisieren. Hier ist die Holzernte bereits nach 5 bis 10 Jahren möglich und Wieder-Aufwuchs erfolgt aus den Stümpfen. Allerdings werden solche Plantagen auf Ackerland errichtet, welches damit der Agrarwirtschaft entzogen wird. 

Der Holzumsatz in Deutschland ist mit 240 Mill. m³ wesentlich höher als der Einschlag von 56 Mio.t. Hinzu  kommen 130 Mio.t Holz-Import, 44 Mio.t Altpapier  und 11 Mio.t Altholz. Andererseits werden ca. 120 Mio.t exportiert und ebenfalls etwa 120 Mio.t im Land vor allem für die Wärmeerzeugung und die Papierherstellung verbraucht. 

Bei Hackschnitzel-Anwendungen, meist in größeren Heiz- oder Heizkraft-Anlagen, wird der Brennstoff in der Regel durch die Abwärme der Anlage getrocknet. In Pellet-Systemen ist eine Trocknung nicht erforderlich. Die Pellets entstehen ja bei einem Druck von 100 bar und einer Temperatur von 150°C, wobei das Lignin im Holz schmilzt und die Holzspäne miteinander verklebt. Die Fremd-Energie für die Pellet-Herstellung beläuft sich auf ca. 15% des Heizwertes. 

Das Verbrennen von Holz gilt als durch-und-durch umweltfreundliche, seit Urzeiten zur Wärmeerzeugung eingesetzte Technik. Allerdings hat auch sie einen „CO2-Footprint“: Für Pflanzung, Pflege, Ernte, Transport, Sägen und Spalten des Holzes sind ca. 15-20 % der Verbrennungs-Enthalpie des Holzes anzusetzen. 

Beim Verbrennen von Holz werden auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe, CO, NOx und  Feinstäube emittiert – in großen Mengen vor allem durch den massenhaften Einsatz  von Einzelraum-Feuerungsanlagen. Wer wie ich, der Autor, umgeben von begeisterten Holz-Heizern wohnt, kann im Winter kaum Fenster öffnen. 

Laut Umweltbundesamtes stammten 2015 ca. 21 000 t Feinstäube aus  Holzfeuerungen. Die Politik hat auf diese Problematik  reagiert und  Vorschriften für das Heizen mit Holz erlassen (Bundesimmissionschutz-Verordnung, kurz BImSchV): Für Einzelraumfeuerstätten, die vor dem Inkrafttreten der Verordnung am 22. März 2010 in Betrieb gingen, liegen die Grenzwerte bei 4 g CO und 0,15 g Staub pro m³ Luft. Von März 2010 bis Ende 2014 errichtete Öfen dürfen maximal  2 g CO und 0,075 g Staub m³ emittieren. Nach 2015 in Betrieb genommene Anlagen müssen Grenzwerte von 1,25 g CO und 0,04 g Staub pro m³ einhalten. Dabei gelten folgende Termine bei Nicht-Einhaltung der Grenzwerte: Bis 1984 gebaute Kaminöfen mussten bereits Ende 2017 nachgerüstet/ausgetauscht werden. Ende 2020 läuft die Frist für Modelle der Baujahre 1985 bis 1994 aus. Nachrüstungen zur Einhaltung der Grenzwerte sind mit Katalysator-Systemen, in Zukunft wohl auch mit  elektrostatischer Abscheidung  möglich.

Vor 1950 hergestellte historische Modelle, offene Kamine und Kochherde sind von der BImSch-Verordnung ausgenommen. Auch Kachelöfen als alleinige Heizanlagen müssen nicht stillgelegt werden.