So maximieren Sie das Potenzial von kaskadischer Holznutzung

Kaskadennutzung von Holz | IHM | (c) iStock

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Martin Wellacher erklärt das Modell zur Maximalisierung kaskadischer Holznutzung

Kaskadennutzung von Holz | IHM | (c) iStock
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Historisch gewachsene Nutzungsketten, vom Forst bis zu den technischen Holzendprodukten Kompost und Asche, folgen einer kaskadischen Nutzung. Die Abfallwirtschaft muss alle in ihren Bereich eintretenden Gegenstände und Materialien entsprechend ihrem Ressourcenpotenzial nachhaltiger bewirtschaften. Der hier von Autor Martin Wellacher, Montanuniversität Leoben (Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft), vorgestellte Ansatz zur Ressourcenschonung orientiert sich an der Länge der Holzabfälle, beginnend von Langbalken mit acht Metern bis hinunter zur Länge der Papierfaser mit 0,1 bis drei Millimetern. Der Vergleich des vereinfachten IST-Zustandes mit der möglichen Maximierung  kaskadischer Holznutzung zeigt das Potential zur Ressourcenschonung bei den größten Stufen zwischen Sägewerk und Plattenindustrie, sowie zwischen Plattenindustrie und Kompostierung und Verbrennung.

Text: Martin Wellacher | Montanuniversität Leoben

Holz als Rohstoff, vom Forst bis zu den technischen Endprodukten Kompost und Asche folgen im Prinzip einer kaskadischen Nutzung. Aus Sicht von Klimarelevanz und Ressourcenschonung können in diese Kaskade noch weitere Stufen eingefügt werden. Für Abfälle folgt die im Abfallwirtschaftsgesetz 2002 (Bundesgesetz 2002) vorgegebene Hierarchie dem Gedanken einer ressourcenschonenden kaskadischen Nutzung. Die Recyclingholz-Verordnung (Bundesgesetz 2012) spezifiziert diesen Weg für Holzabfälle. Damit sind Holzabfälle aus technischer und gesetzlicher Sicht bevorzugt einer Wiederverwendung, dann einem Recycling, schließlich einer thermischen Verwertung und zuletzt gegebenenfalls einer Beseitigung zuzuführen.

Holz, von Bäumen der Wälder und Forste Mitteleuropas, hat dabei bereits eine lange Nutzungsgeschichte. Der Stand der Technik der Forstwirtschaft in Österreich gilt als hoch entwickelt und Österreich befindet sich hier weltweit in einer führenden Position. Die Ressource Wald steht in einer engen Wechselwirkung mit dem Boden, den anderen am Ökosystem beteiligten Organismen und dem Klima.

Bei der Ernte ergibt nun jeder Baum mehrere sich in ihrer Qualität stark unterscheidende Ernteprodukte. Das Hauptnutzungsmaterial ist die Bloche (Stammholz), welche den höchsten Wert aufweist. Als Nebenprodukte treten drei weitere Produktgruppen auf: Schleifholz und Faserholz, die marktabhängig zu unterschiedlichen Zeiten verschieden definiert werden, Waldrestholz, welches Wipfel- und Astmaterial umfasst, sowie Wurzelholz. Die unterschiedliche Beschaffenheit dieser vier Ernteproduktgruppen ist auch in die Betrachtung einer kaskadischen Nutzung einzubeziehen. Es ist augenscheinlich, dass Wurzelholz nicht auf dieselbe Weise genutzt werden kann wie Blochholz.

Holzabfallverwertung hat noch viel Potential

Ernteprodukte zeigen naturgemäß eine Abhängigkeit zueinander. Die Aktivität der Sägeindustrie bestimmt die Nachfrage von Blochholz, wodurch auch andere Ernteprodukte mobilisiert werden. Nimmt die Aktivität der Sägeindustrie ab, sind auch Mengen für andere Holzindustriezweige mit Ersatzmengen (aus dem Ausland) zu bedienen. Die Eigenschaften von Holz bieten jedenfalls eine vielstufige kaskadische Nutzung an. Der Ernte folgen die Verarbeitungsschritte der primär Holz verarbeitenden Wirtschaftszweige, beispielsweise Säge, Papier, Möbel, Bau, Platte, Verbundwerkstoffe, Biomasse.

Holzabfälle im Sinne der Abfallwirtschaft entstehen nach einer ersten Nutzungsphase von Holzprodukten, wenn eine Entledigungsabsicht eintritt. Es gibt nur wenige bedeutende Wirtschaftszweige, wie Papier und Platte, die ein Recycling von Holzabfällen im Sinne eines sekundären Holz beziehungsweise Holzprodukte verarbeitenden Wirtschaftszweiges betreiben. Initiativen, die die Wiederverwendung (ReUse) von Holzprodukten als Geschäftsinhalt haben, sind in oder außerhalb der Abfallwirtschaft agierende Unternehmungen, wie Altstoffsammelzentren, ReUse-Vereinigungen und Kleinbetriebe. Die gehandelten Holzprodukte sind im wesentlichen Möbel oder Verbunde. Wegen der geringen Bedeutung im Wirtschaftssystem kann hier nicht von einem Wirtschaftszweig gesprochen werden.

Holzabfälle in der Europäischen Union

Das jährliche Volumen von Holzabfällen der EU 2010 betrug 52,3 Millionen Kubikmeter (solid wood equivalent), wovon 36,4 Millionen Kubikmeter (Mm³), also 70 Prozent, durch Sammelsysteme erfasst wurden. Von dieser Menge wurden 32 Prozent stofflich genutzt, 37 Prozent energetisch und 30 Prozent wurden beseitigt. Die Zahlen wurden für 2010 neben vorhandenen Statistiken auch unter empirischen Annahmen erarbeitet. Die genaue Verteilung ist in den einzelnen Mitgliedstaaten der EU erwartungsgemäß verschieden und kann am Beispiel des Ausmaßes der Beseitigung veranschaulicht werden.

Hier findet sich Österreich in der Gruppe von Finnland, Deutschland und weiteren Ländern mit weniger als 20 Prozent Beseitigung, während Portugal, Polen, Tschechien und weitere eine Beseitigungsrate von mehr als 60 Prozent aufweisen.
Im Vergleich dazu ist das jährliche Volumen von Papierabfällen in der EU mit 129,8 Mm³ deutlich höher (248 Prozent) und auch eine Recyclingrate von 97 Prozent zeigt hier für die bessere kaskadische Nutzung von Holzabfällen ein großes Potenzial auf.

Empfehlungen zur Ressourcenschonung

In dieser Darstellung wird nur auf Blochholz und nicht auf Nebenprodukte der Produktionsprozesse, wie zum Beispiel Sägespäne, eingegangen. Der hier vorgestellte Ansatz orientiert sich an der Länge der Holzabfälle, beginnend von Langbalken mit acht Metern bis hinunter zur Länge der Papierfaser mit 0,1 bis drei Millimetern. Die Kaskade endet bei der Asche aus der Holzverbrennung und dem Kompost aus der Kompostierung. Bei der Darstellung wird auf die mögliche maximierte Nutzung abgezielt (Abbildung 1).

Abb. 1: Der Vergleich des vereinfachten IST-Zustandes mit der möglichen maximierten kaskadischen Nutzung zeigt das Potenzial bei den größten Stufen zwischen Sägewerk und Plattenindustrie, sowie zwischen Plattenindustrie und Kompostierung und Verbrennung. | (c) Fotobox

Ausgehend von diesem theoretischen Szenario kann der IST-Zustand mit Säge, Platte, Papier und Verbrennung skizziert werden (Abbildung 2). Der Vergleich des vereinfachten IST-Zustandes mit der möglichen maximierten kaskadischen Nutzung zeigt das Potenzial bei den größten Stufen zwischen Sägewerk und Plattenindustrie, sowie zwischen Plattenindustrie und Kompostierung und Verbrennung. Einige logische Stufen existieren derzeit gar nicht, zum Beispiel OSB und Spanplatte oder Platten- und Faserindustrie.

Abb. 2:Der Vergleich des vereinfachten IST-Zustandes mit der möglichen maximierten kaskadischen Nutzung zeigt das Potenzial bei den größten Stufen zwischen Sägewerk und Plattenindustrie, sowie zwischen Plattenindustrie und Kompostierung und Verbrennung. | (c) Fotobox

Die Stufen im Einzelnen:

Ernte: Die Forstwirtschaft in Österreich ist nach dem Forstgesetz nachhaltig zu gestalten. Waldflächen sind zu erhalten, Zuwachs und Nutzung haben sich die Waage zu halten und nach der Ernte ist wieder aufzuforsten. Der Gesamtholzvorrat in den Wäldern Österreichs wächst seit rund 50 Jahren. Bei Holzimporten ist es unsicher, wie nachhaltig diese im Ursprungsland kultiviert wurden.

Säge: Das Interesse der Sägeindustrie an der Aufbereitung von Balken zu Brettern ist nicht gegeben. Im Sägewerk wird Frischholz verarbeitet, welches noch die natürliche Holzfeuchte der Ernte aufweist. Die Sägeverfahren und die darauffolgende Trocknung der Sägehölzer sind nicht auf die Nutzung von vergleichsweise trockenem Altholz eingestellt. Außerdem könnten die bekannten Störstoffe in Altholzsortimenten, wie Nägel, Beschläge, et cetera, zu entsprechendem Verschleiß beziehungsweise Schäden und Produktionsunterbrechungen führen. Die Ausweitung einer kaskadischen Nutzung von Holzabfällen im Sägewerk erscheint daher ohne eine entsprechende Technologieentwicklung vorerst nicht durchführbar. Allerdings ist bekannt, dass vereinzelt auch Störstoffe in Stammholz auftreten, die vom Stand der Technik der Sägeindustrie durchaus bewältigt werden. Eine verbesserte Nutzung von Sägewerksabfällen, wie Spreissel und Schwarten, welche zu Hackgut für die Papierindustrie oder die Biomasseverbrennung aufbereitet werden, ist aussichtsreich. Der Einsatz könnte von der Verbrennung zu höherwertigen Zwecken, zum Beispiel OSB, angehoben werden.

Balken: Die Nutzung von Altholz für die Leimholzproduktion – Leimholzbinder werden beispielsweise alternativ zu Stahl für Dachkonstruktionen verwendet – wird diskutiert in Österreich aber nicht praktiziert. Die Leimholzproduktion stellt hohe Qualitätsanforderungen an ihr Ausgangsmaterial hinsichtlich Festigkeit und Verarbeitungseigenschaften. Zur Verwendung von Altholz mit unbekannter Belastungshistorie, einer Vorsammlung mit entsprechend grober Behandlung durch Manipulationsmaschinen und dem Gehalt an Störstoffen gibt es hier eine große Kluft. Deswegen ist bei den derzeitigen Verfahren in der Leimholzproduktion keine kaskadische Nutzung ohne eine weitreichende Technologieentwicklung aussichtsreich. Die Wiederverwendung von Balken im Zuge einer getrennten Sammlung neben anderen Holzabfallsortimenten wird empfohlen. Hier sind Altstoffsammelzentren und Abbruchunternehmen der Bauindustrie gefordert, entsprechende Lagerflächen und eine schonendere Logistik zur Altholzsammlung und Quellensortierung zur Verfügung zu stellen.

Bretter: Im Sinne der kaskadischen Nutzung von Altholz soll die Möbelindustrie inklusive der Tischlereibetriebe beginnen Altholz in Form von gebrauchten Brettern zu verarbeiten. Dazu ist die Quellensortierung und Sammlung zum Erreichen einer hohen Qualität von gebrauchten Brettern zu verbessern. Es sind wieder Kommunen mit ihren Altstoffsammelzentren und die Abbruchunternehmen der Bauindustrie gefordert, die Initiative zur Nutzung dieses Holzsortimentes aufzugreifen. Lokale Tischlereien dürften das zu Beginn am besten geeignete Gewerbe für die Nutzung von gebrauchten Brettern sein.

Möbel: Altholz in Form von gebrauchten Möbeln hat sich zu einem wichtigen Sektor einer kleinen ReUse-Wirtschaft entwickelt. In Österreich wurden 2015 4.200 Tonnen gebrauchte Möbel gesammelt, wovon 2.900 Tonnen für die Wiederverwendung eingesetzt wurden. Es wird davon ausgegangen, dass das Potenzial für ReUse im Bereich des Zehnfachen der derzeitigen Situation liegt. Kommunen sollen ihre Altstoffsammelzentren mit ReUse-Shops speziell für Möbel ausstatten, wobei sich dem Sektor entsprechend vor allem die Herausforderung der für die Lagerung nötigen Flächen und der Wirtschaftlichkeit insgesamt stellt.

Platte: Die Plattenindustrie verwendet nach wie vor überwiegend Frischholz in Form von Bloche, Faserholz und Sägespäne für ihre Produktionsverfahren. Jedes Blochholz, das für die Herstellung von Spanplatten verwendet wird, bedeutet die Ressource Holz zu schnell zu klein zu machen. Auch wenn bei manchen Herstellern der Anteil von Frischholz sinkt und der Altholzanteil steigt, abhängig vom Produkt, liegt der Altholzanteil bereits bei mehr als 50 Prozent, so kann auch hier die kaskadische Nutzung gesteigert werden, wenn die Entwicklung entsprechender Technologien erfolgt. Die Quellensortierung von Altholz zum Recycling ist ausbaufähig. Sie ist bei allen Recyclingmaterialien die Grundlage für die Qualität der daraus hergestellten Produkte. Besonders die Störstoffe in den derzeit verarbeiteten Altholzsortimenten machen eine umfangreiche Aufbereitungstechnologie nötig. Diese muss Störstoffe aus Metall, Kunststoff, Glas und Textil entfernen können.

Auch Holzprodukte wie MDF-Platten stören den Prozess. Bei der Altholzaufbereitung muss für die Spanplattenherstellung ein Holzspan bestimmter Länge und Stärke hergestellt werden, der für die Leimaufnahme und die Festigkeit der Platte verantwortlich ist. Aschegehalt und Feinanteil - zu kurze Holzfasern – sind wesentliche Qualitätskriterien, die Aufbereitungsanlagen für die Plattenindustrie gewährleisten müssen. Der Feinanteil hängt vom Ausgangsmaterial und der Vorzerkleinerung ab. Bei Versuchen im Rahmen von Forschungsprojekten konnte eine langsam laufende Vorzerkleinerung bessere Qualitäten erzielen als eine schnell laufende. Der Feinanteil konnte auf die Hälfte reduziert werden und die Möglichkeiten zur Störstoffabscheidung durch automatische Sortierung waren besser, da ein größerer Anteil, das Mittelkorn, sortiert werden konnte.

Mitteldichte Faserplatte und Holzwolle: Für die Herstellung von Mitteldichten Faserplatten (MDF) und Holzwolle ist es nicht bekannt, ob Holzabfälle eingesetzt werden beziehungsweise eingesetzt werden können. Auf Grund der Faserlänge, circa sechs bis 30 Millimeter, ist es wahrscheinlich, dass hier Sägenebenprodukte verwendet werden. Über die Möglichkeiten einer vermehrten kaskadischen Nutzung von geringwertigeren Holzabfällen als Inputmaterialien kann an dieser Stelle keine Aussage getroffen werden.

Papier, Zellulosefaser, Wood Polymer Compounds: Die Nutzung von Altholz für die Herstellung von Papier oder Karton wird nicht praktiziert, da die Papierindustrie historisch nicht darauf eingestellt ist. Eine zu geringe Holzfeuchte, Störstoffe und Verfärbungen sind als Hindernisse bekannt. Ein Einsatz von Holzabfällen ist aber prinzipiell geeignet, würde aber eine Technologieentwicklung benötigen. Die Holzfaserindustrie für die Produktion von webbaren Holzfasern, zum Beispiel Viskose, verwendet hochreinen Zellstoff. Ein Einsatz von Holzabfällen ist hier ohne Technologieentwicklung aber nicht denkbar. Holz-Kunststoff-Platten (Wood polymer compounds WPC) wiederum sind ein weltweit stark wachsender Markt.

Es werden Spanlängen zwischen 0,1 und drei Millimeter eingesetzt. Der Einsatz von Recyclingholz ist jedoch nicht bekannt. Wie für die oben dargestellten Industrien müsste eine Technologieentwicklung erfolgen, die bei der wachsenden Dynamik vermutlich leichter umzusetzen wäre als in etablierten Wirtschaftszweigen. Chemikalienhersteller kommen für die Nutzung von Zellulosefasern im Sinne einer besseren Holzkaskade in Frage. Es wird vermutet, dass Holz gegenüber Erdgas und Erdöl als Grundstoff derzeit nicht wettbewerbsfähig ist.

Biomasse: Die Biomasseverbrennung zur Energiebereitstellung steht seit der verstärkten Nutzung von Holz als erneuerbarer Energieträger seit Anfang 2000 in starkem Wettbewerb mit der Papier- und Plattenindustrie. Eine ausgewogene Berücksichtigung dieser Konkurrenz um den Rohstoff Holz unter der Beachtung der kaskadischen Nutzung ist die Ausgangssituation. Die Papier- und Plattenindustrie hat hier Vorteile im Bereich der Ressourcenschonung und der Klimarelevanz. Die Biomasseverbrennung zur Energiebereitstellung hat hier den Vorteil fossile Brennstoffe zu ersetzen und schont damit ebenfalls Ressourcen und bewirkt eine Reduzierung bei der Emission von nicht regenerativem Kohlendioxid.

Soweit haben beide Bereiche ihre Berechtigung. Eine strenge Anwendung einer „Kaskade“ verbietet aber den Einsatz von hochwertigen Holzsortimenten in der Biomasseverbrennung, insbesondere in mittleren (größer als 0,1 Megawatt) und großen Anlagen. Als letztes Glied in der Kaskade sollte auf hochwertige Holzsortimente, wie Faserholz oder Hackgut als Nebenprodukt der Sägeindustrie verzichtet werden und auf niederwertigere Holzsortimente, wie Waldrestholz oder Schredderholz aus Baum- und Strauchschnitt, ausgewichen werden.

Empfehlungen zum Klimaschutz

Es wurde in zahlreichen Ökobilanzen nachgewiesen, dass eine stoffliche Nutzung mit anschließender energetischen Verwertung gegenüber einer direkten energetischen Verwertung Vorteile hinsichtlich der Klimarelevanz hat. Die Vorteile werden umso größer, je länger die Nutzungskaskade und je höher die Qualität der Altholzprodukte ist. Für die Berechnung einer Ökobilanz ist es essenziell, welches Material durch die Holzverwendung ersetzt wird. Wenn Holz Stahl ersetzen würde, dann ist auch Stahl jenes Material, dessen LCA-Daten für den Vergleich herangezogen werden. Würde man Beton, Ziegel oder Kunststoff ersetzen, wäre die Ökobilanz eine andere. Die Verlängerung der Holzverwendung vor einer energetischen Verwertung bindet Kohlenstoff im anthropogenen Lager. Jedoch kann dadurch ein zeitweiser Mangel an Biomassebrennstoffen auftauchen, der zu einer vermehrten Verwendung von fossilen Brennstoffen und damit zu einer Verschlechterung der Klimabilanz führen kann.

Die Kohlenstofffreisetzung von verrottendem Holz im Wald ist in ihrer Geschwindigkeit der Kohlenstofffreisetzung durch stoffliche Holznutzung und darauffolgende Verbrennung gegenüberzustellen. Positive Effekte für das Klima würden der vermehrte Verbleib von Holz im Wald und eine möglichst lange Holzverwendung bringen. Der Wald kann auch mehr Kohlenstoff speichern, als dies bei der heute angewendeten Forstwirtschaft der Fall ist. Ohne Nutzungen würde sich langfristig ein Gleichgewicht einstellen, das etwa 50 Prozent mehr Kohlenstoff speichert als aktuell.

Dass mehr Holz im Wald zu einer besseren Klimabilanz führt, ist umstritten. Für eine langfristige Treibhausgasbilanz soll eine Verlängerung der Holzverwendung einen stärkeren Effekt aufweisen. Trotzdem kann festgestellt werden, dass mehr Holzmasse im selben Wald oder mehr Waldflächen auf derselben Fläche für mehr Kohlenstoffspeicherung in der Biosphäre der Region führen. Das kann auch forciert werden, indem zusätzlich Bäume in Parks, Gärten und an Straßen gepflanzt oder neue Wälder angelegt werden. Dort kann auch einfacher ein höheres Baumalter angestrebt werden, da diese Standorte keiner forstwirtschaftlichen Nutzung unterliegen.

Übers Blochholz hinaus …

Die kaskadische Nutzung von Holz wurde hier hauptsächlich am Beispiel Blochholz dargestellt. Holzabfälle bestehen und entstehen aber aus zahlreichen weiteren Sortimenten von Nebenprodukten der Holzindustrie, beispielsweise Waldrestholz, Spreissel, Hackgut oder Feinmaterial aus der Spanplattenaufbereitung, die nur auszugsweise angesprochen wurden.
In Ökobilanzen ist es essenziell, welches Material durch die Holzverwendung ersetzt wird, daher können diese von Region zu Region hinsichtlich Besonderheiten in Wirtschaft und Rohstoffverfügbarkeit starke Unterschiede ergeben.
Grundsätzlich ist zudem eine Technologieentwicklung im Hinblick auf die bessere „Kaskadennutzung von Holz“ zu erhoffen, damit weitere Potenziale gehoben werden können.

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ÜBER DEN AUTOR

Mag. Dr. Martin Wellacher

Mag. Dr. Martin Wellacher
Die Fachgebiete von Mag. Dr. Martin Wellacher umfassen Abfallbehandlung für Recycling und Verwertung sowie Aufbereitung von Biomassebrennstoffen.
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