Nachhaltigkeitsbewertung der Bereitstellung von Wald- und Industrierestholz für alternative Energieholzprodukte zur thermischen Nutzung

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1 Nachhaltigkeitsbewertung der Bereitstellung von Wald- und Industrierestholz für alternative Energieholzprodukte zur thermischen Nutzung Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau vorgelegt von Martin Brunsmeier Freiburg im Breisgau 2014

2 Dekanin: Prof. Dr. Tim Freytag Erstgutachter/ Erstbetreuer: Prof. Dr. Dr. h.c. Gero Becker Zweitbetreuer: Prof. Dr. Dirk Jaeger Zweitgutachter: Prof. Dr. Karl-Reinhard Volz Datum der Disputation: 12. November 2014

3 Danksagung Diese Arbeit entstand während meiner Zeit als Mitarbeiter der Professur für Forstbenutzung am Institut für Forstwissenschaften der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.br. Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. Gero Becker danke ich ganz herzlich für die stets sehr freundliche Unterstützung und fachliche Betreuung. Ihm gilt auch mein besonderer Dank für die Möglichkeit, dieses spannende und aktuelle Thema zu erarbeiten, gleichzeitig aber auch in anderen Projekten und Themenbereichen im In- und Ausland zu forschen. Für die Übernahme des Korreferats bedanke ich mich sehr bei Herrn Prof. Dr. Karl-Reinhard Volz. Herrn Prof. Dr. Dirk Jaeger danke ich sehr für die Zweitbetreuung und seine fachlichen Anregungen. Ein ganz besonderes Dankeschön gilt den Fallbeispielsbetrieben. Die mir entgegengebrachte Offenheit, vor allem hinsichtlich der zur Verfügung gestellten Daten und dem Einblick in betriebsinterne Abläufe, hat mir meine Arbeit überhaupt erst ermöglicht. Allen Kolleginnen und Kollegen danke ich für die freundschaftliche (Arbeits-)Atmosphäre sowie die stetige Bereitschaft zu Diskussionen und zur Unterstützung. Nicht zuletzt möchte ich meiner Familie und meiner Frau für das mir entgegengebrachte Vertrauen, ihre Geduld und Motivation danken. Freiburg i.br Martin Brunsmeier

4 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1. Einführung Einleitung Problemstellung Zielsetzung Stand des Wissens Energieholzprodukte zur thermischen Konversion Scheitholz Waldhackschnitzel Pellets Rohstoffherkünfte und Verwendungsarten Energieholzernte Transport von Energieholz Thermische Konversion Verfahren zur Nachhaltigkeitsbewertung (SIA und LCA) Nachhaltigkeitsbewertung von Energieholzprodukten zur Erzeugung von thermischer Energie anhand ökologischer, ökonomischer und sozialer Aspekte Methodik Forschungsdesign Modellierung von Bereitstellungs- und Konversionsketten Bewertung von Koppelproduktionen Bewertung: Umweltwirkungen Festlegung von Ziel und Untersuchungsrahmen Sachbilanz (Life-Cycle-Inventory) Wirkungsabschätzung Auswertung und Interpretation der Daten Bewertung: Wirtschaftlichkeit Bewertung: Soziale Auswirkungen Beschreibung der Fallbeispielsbetriebe Fallbeispielsbetrieb Scheitholz Fallbeispielsbetrieb Scheitholz Fallbeispielsbetrieb Waldhackschnitzel Fallbeispielsbetrieb Sägerestholz Fallbeispielsbetrieb Pellets Fallbeispielsbetrieb Biomasseheizwerk Hackschnitzel Fallbeispielsbetrieb Biomasseheizkraftwerk Industriepellets I

5 Inhaltsverzeichnis 3.8 Annahmen zu weiteren Prozessschritten Holzernte Verbrennung in Privathaushalten (Zentralheizung) Datenaufnahme Umweltwirkungen Ergänzende Datenquellen Wirtschaftlichkeit Soziale Auswirkungen Ergebnisse und Diskussion Modellierungen der Bereitstellungs- und Konversionsketten Zentralheizung, Scheitholz, Nebenerwerb Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Direktvertrieb Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Händler Heizwerk, Waldhackschnitzel, ohne Veredelung Heizwerk, Waldhackschnitzel, mit Veredelung Zentralheizung, Norm-Pellets aus Rundholz Heizwerk, Industriepellets aus Waldhackschnitzeln Zentralheizung, Norm-Pellets aus Sägerestholz Umweltwirkungen I: Energieverbrauch und -effizienz Annahmen für die Kalkulation Ergebnisse Zentralheizung, Scheitholz, Nebenerwerb Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Direktvertrieb Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Händler Heizwerk, Waldhackschnitzel, ohne Veredelung Heizwerk, Waldhackschnitzel, mit Veredelung Zentralheizung, Norm-Pellets aus Rundholz Heizwerk, Industriepellets aus Waldhackschnitzeln Zentralheizung, Norm-Pellets aus Sägerestholz Vergleich der Bereitstellungs- und Konversionsketten Sensitivitätsanalysen: Vereinheitlichte Transportdistanzen Interpretation und Diskussion Umweltwirkungen II: Erderwärmungs-, Eutrophierungs- und Versauerungspotenzial Annahmen für die Kalkulation Ergebnisse Erderwärmungspotenzial Versauerungspotenzial Eutrophierungspotenzial Interpretation und Diskussion Wirtschaftlichkeit: Produktionskosten Annahmen für die Kalkulation Ergebnisse Zentralheizung, Scheitholz, Nebenerwerb II

6 Inhaltsverzeichnis Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Direktvertrieb Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Händler Heizwerk, Waldhackschnitzel, ohne Veredelung Heizwerk, Waldhackschnitzel, mit Veredelung Zentralheizung, Norm-Pellets aus Rundholz Heizwerk, Industriepellets aus Waldhackschnitzeln Zentralheizung, Norm-Pellets aus Sägerestholz Vergleich der Bereitstellungs- und Konversionsketten Interpretation und Diskussion Soziale Auswirkungen: Beschäftigungseffekte Annahmen für die Kalkulation Ergebnisse Zentralheizung, Scheitholz, Nebenerwerb Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Direktvertrieb Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Händler Heizwerk, Waldhackschnitzel, ohne Veredelung Heizwerk, Waldhackschnitzel, mit Veredelung Zentralheizung, Norm-Pellets aus Rundholz Zentralheizung, Norm-Pellets aus Sägerestholz Heizwerk, Industriepellets aus Waldhackschnitzeln Vergleich der Bereitstellungs- und Konversionsketten Interpretation und Diskussion Zusammenfassende Diskussion Diskussion der Methodik Auswahl der Wirkungskategorien Auswahl der Fallbeispielsbetriebe Festlegung der Systemgrenzen und Modellierung Plausibilität der Daten Einflussfaktoren auf die Bewertung Diskussion der Ergebnisse Exkurs: Fossile Energieträger Schlussfolgerungen Forschungsbedarf Alternative Wirkungskategorien Feinstaub Biodiversitäts- und Nährstoffverlust durch Nutzung von Waldrestholz Beschäftigungseffekte Konkurrenz um bestimmte Holzsortimente Änderungen im methodischen Ansatz Technologische Verbesserungen und Alternativen Zusammenfassung: Forschungsbedarf Zusammenfassung Summary III

7 Inhaltsverzeichnis 8. Verzeichnisse Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Literaturverzeichnis Anhang Datenberechnung Aufnahmebögen zur Datenerhebung in den Fallbeispielsbetrieben Anhang I: Holzernte Anhang II: Umweltwirkungen Anhang II.a: Zentralheizung, Scheitholz, Nebenerwerb Anhang II.b: Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Direktvertrieb Anhang II.c: Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Händler Anhang II.d: Heizwerk, Hackschnitzel, ohne Veredelung Anhang II.e: Heizwerk, Hackschnitzel, mit Veredelung Anhang II.f: Zentralheizung, Pellets aus Rundholz Anhang II.g: Zentralheizung, Pellets aus Sägerestholz Anhang II.h: Heizwerk, Pellets aus Waldhackschnitzeln Datensätze aus der Umweltdatenbank Anhang III: Wirtschaftlichkeit Anhang III.a: Zentralheizung, Scheitholz, Nebenerwerb Anhang III.b: Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Direktvertrieb Anhang III.c: Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Händler Anhang III.d: Heizwerk, Waldhackschnitzel, ohne Veredelung Anhang III.e: Heizwerk, Waldhackschnitzel, mit Veredelung Anhang III.f: Zentralheizung, Norm-Pellets aus Rundholz Anhang III.g: Zentralheizung, Norm-Pellets aus Sägerestholz Anhang III.h: Heizwerk, Industriepellets aus Waldhackschnitzeln Anhang IV: Soziale Auswirkungen Anhang IV.a: Zentralheizung, Scheitholz, Nebenerwerb Anhang IV.b: Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Direktvertrieb Anhang IV.c: Zentralheizung, Scheitholz, professionell, Händler Anhang IV.d: Heizwerk, Waldhackschnitzel, ohne Veredelung Anhang IV.e: Heizwerk, Waldhackschnitzel, mit Veredelung Anhang IV.f: Zentralheizung, Norm-Pellets aus Rundholz Anhang IV.g: Zentralheizung, Norm-Pellets aus Sägerestholz Anhang IV.h: Heizwerk, Industriepellets aus Waldhackschnitzeln IV

8 1. Einführung 1. Einführung 1.1 Einleitung Die energetische Nutzung von Holz hat sich [in Deutschland] von 1995 bis 2008 verdreifacht (Drossart & Mühlenhoff 2010: 9). Gründe hierfür lagen u.a. in der Zielsetzung der Bundesregierung zur Reduktion von Treibhausgasemissionen (vgl. BMU 2010: 10), den im Vergleich zu herkömmlichen, fossilen Energieträgern geringeren Marktpreisen (vgl. Kirchhoff 2008) und in verbesserten Förderinstrumente[n] für Bioenergie im Strom- und Wärmemarkt (Drossart & Mühlenhoff 2010: 9). Des Weiteren schafft [d]ie zunehmende Nutzung von Holz für die Strom- und Wärmeversorgung [ ] eine wirtschaftlich attraktive Alternative. Holzenergie führt [ ] zu einer Aufwertung des [ ] Waldbesitzes (ebd.: 10). Die steigende Nachfrage nach der energetischen Nutzung von Holz lässt auch das Interesse an effizienten Verfahren und Abläufen in der Bereitstellung wachsen, wobei insbesondere ein geringerer Ressourcenverbrauch, weniger Emissionen, niedrigere Produktionskosten und positive Effekte auf den Arbeitsmarkt angestrebt werden. Um Verfahren und Abläufe effizienter zu gestalten, müssen Wirkungen, die die am Markt agierenden Bereitstellungsund Konversionsketten durch ihre Aktivitäten verursachen, bewertet werden. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, eine Nachhaltigkeitsbewertung für alternative Bereitstellungs- und Konversionsketten für eine thermische Nutzung von Holz durchzuführen. Eine Nachhaltigkeitsbewertung vereint neben ökologischen auch ökonomische und soziale Ziele (Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages 2004: 2). Auf Basis der Ergebnisse dieser Nachhaltigkeitsbewertung können Verbesserungsvorschläge gegeben werden. 1.2 Problemstellung Um der vermehrten und stetig steigenden Nachfrage nach dem Rohstoff Holz für energetische Zwecke nachkommen zu können, werden Wald- und Waldrestholz, Industrierestholz sowie Biomasse aus landespflegerischen Maßnahmen aufbereitet. Vorwiegend werden daraus die Energieholzprodukte Scheitholz, Hackschnitzel und Pellets produziert (vgl. Schweinle 2012: 1f). 1

9 1. Einführung Prognosen gehen davon aus, dass der Verbrauch dieser Energieholzprodukte weiter steigen wird, denn [e]ine funktionierende Energieversorgung ist bedeutsam für die Stabilität eines Landes und seiner Volkswirtschaft und beeinflusst in erheblichem Maße die lokale und globale Umweltqualität (BMZ 2007: 3). Die Bereitstellung und die Verarbeitung von Rohholz zu Energieholzprodukten, also die Herstellung von Scheitholz, Hackschnitzeln und Pellets, aber auch ihre Konversion zu verschiedenen Formen der Endenergie (z.b. Wärme) erfolgt in ganz unterschiedlichen, häufig komplexen Prozessketten. Diese setzen den Einsatz von Ressourcen und Finanzmitteln in unterschiedlichem Ausmaß voraus und es entstehen dabei unterschiedliche Beschäftigungseffekte sowie direkte und indirekte Wirkungen auf die Umwelt. Darüber hinaus wird aber Kritik an einer erhöhten Biomassenutzung im Wald geübt. Diese bezieht sich vorrangig auf mögliche negative Auswirkungen aufgrund reduzierter Nährstoffhaushalte der Wälder (vgl. von Wilpert et al. 2011, Eberhardinger 2010, Lemm et al. 2010, Hagemann et al. 2008, Meiwes et al. 2008) und auch auf einen möglicherweise geringeren Totholzanteil im Wald und den damit einhergehenden Verlust an Lebensraum (Biodiversitätsverlust) für diverse totholzbedürftige Arten (vgl. Schaber-Schoor 2009). Von Zertifizierungssystemen wie z.b. dem Forest-Stewardship-Council (FSC) oder dem Programme for the Endorsement of Forest Certification Schemes (PEFC) werden Vollbaummethoden 1, bei denen auch Reisig für die Energieholzproduktion genutzt wird, aus den dargestellten Gründen gänzlich abgelehnt (vgl. FSC 2012: 16) oder es wird auf nährstoffarmen Böden [ ] von [ ] abgesehen (PEFC 2009: 7). Energieeffizienz, Bereitstellungskosten sowie ökologische und soziale Auswirkungen sind entscheidende Faktoren, die zur vergleichenden Beurteilung von Energieholzprodukten untereinander sowie mit anderen (fossilen und erneuerbaren) Energieträgern herangezogen werden können. Aufgrund der häufig komplexen Bereitstellungs- und Konversionsketten und wegen der geringen Datenverfügbarkeit für einen Vergleich und eine Bewertung der Bereitstellungsund Konversionsprozesse für Energieholzprodukte, liegt ein wesentliches Forschungsinteresse vor, was auch Heinimann (2012: 369) mit der Aussage: [ ] there is a strong need 1 Vollbaummethoden werden laut FSC (2010: 32) wie folgt definiert: Durchforstungs- und Endnutzungsmethoden, bei denen die gesamte oberirdische Biomasse des Baumes (Stamm, Äste, Reisig, Rinde, Belaubung) mit geerntet und aus dem Bestand transportiert wird. 2

10 1. Einführung to do further research on biomass supply chains for different bioenergy pathways bekräftigt. 1.3 Zielsetzung Typische Bereitstellungs- und Konversionsketten für die Energieholzprodukte Scheitholz, Hackschnitzel und Pellets wurden im Rahmen von Fallstudien einer Nachhaltigkeitsbewertung unterzogen. Ziel dieser Bewertung war die Beurteilung unterschiedlicher Energieholz-Bereitstellungs- und Konversionsketten hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit, ihrer Beschäftigungseffekte, ihrer Energieeffizienz und ihrer potentiellen Umweltwirkungen. Wald- und Industrierestholz haben gegenüber Landschaftspflegeholz und Gebrauchtholz mengenmäßig ein weitaus größeres Potential für eine vermehrte, zukünftige Biomassebereitstellung für energetische Zwecke (vgl. Mantau 2012; Drossart & Mühlenhoff 2010: 13). Aus diesem Grund wurden Wald- und Industrierestholz in dieser Studie fokussiert. Des Weiteren konzentrierte sich die Untersuchung auf die Erzeugung von thermischer Energie, weil diese fast 60 % des Primärenergieverbrauches in Deutschland ausmacht (vgl. Ziesing et al. 2013: 25) und Biomasse im Bereich der erneuerbaren Energien eine Dominanz im Wärmesektor (Baur 2010: 88) aufweist. Im Rahmen der Nachhaltigkeitsbewertung der Bereitstellungs- und Konversionsketten wurden folgende Teilziele verfolgt: Ökologische Bewertung (Potentielle) Umweltwirkungen Energieverbrauch und -effizienz Erderwärmung Eutrophierung Versauerung Ökonomische Bewertung Produktionskosten Soziale Bewertung Beschäftigungseffekte/ Arbeitsplatzangebot. Die ökologische Bewertung erfolgte unter Anwendung des Konzepts des Life-Cycle- Assessments (LCA). Ein besonderes Augenmerk wurde hierbei auf den Energieverbrauch und 3

11 1. Einführung die Energieeffizienz bei der Herstellung und Konversion der einzelnen Produkte gelegt. Des Weiteren wurden bedeutsame Umweltwirkungen betrachtet, die im Bereitstellungs- und Konversionsprozess auftreten können. Auf dieser Grundlage können Aussagen über den Ressourcenverbrauch, Emissionen von Treibhausgasen und das damit verbundene Erderwärmungspotenzial getroffen werden. Als weitere relevante Umweltwirkungen wurden das Eutrophierungs- und das Versauerungspotenzial bewertet. Die ökonomische Bewertung wurde anhand der Produktionskosten durchgeführt, die für eine erzeugte Megawattstunde Wärme anfallen. Diese kostenrechnerische Analyse [ist] ein bedeutsames Instrument. Sie dient sowohl für die kurzfristige Kostenkontrolle und -reduzierung als auch für die weitere Flexibilisierung von Kostenstrukturen (Kilger et al. 2012: 2). Für die Zusammenstellung der Produktionskosten wurden die in den Bereitstellungs- und Konversionsketten untersuchten Fallbeispielsbetrieben verwendeten Maschinen und technischen Anlagen sowie weitere Rahmenbedingungen wie z.b. die Transportentfernungen herangezogen. Die soziale Bewertung wurde anhand der Darstellung des Arbeitsplatzangebots innerhalb der Bereitstellungs- und Konversionsketten durchgeführt. Arbeitsplätze werden als wichtiger Faktor für den Wohlstandserhalt angesehen so ist es heute die wichtigste Aufgabe der EU, hohe Arbeitslosenzahlen zu vermeiden [und] die Schaffung von Arbeitsplätzen zu fördern (EU 2009: 2). Dies gilt besonders für ländliche Räume, wo die mit der Energieholzbereitstellung verbundenen Beschäftigungseffekte schwerpunktmäßig auftreten. Beschäftigungseffekte spielen auch im Hinblick auf politische Unterstützung und Förderung von erneuerbaren Energien eine große Rolle. Die Debatte um wirtschaftliche Vorteilhaftigkeit wirtschaftlicher Entwicklungen wird häufig entlang der Frage der Beschäftigungsentwicklung geführt. [ ] Beschäftigung steht am Ende der Wirkungskette von Wertschöpfung (Edler 2013: 4). Aus Gründen der Vergleichbarkeit, da auch Teilzeitstellen innerhalb der untersuchten Bereitstellungs- und Konversionsketten zu finden sind, wurde die Anzahl der Beschäftigten jeweils auf eine Vollzeitbeschäftigung kalkuliert. Die Ergebnisse der Nachhaltigkeitsbewertung können einen Vergleich zu anderen, alternativ einsetzbaren, energetisch nutzbaren Biomasseformen und zu fossilen Energieträgern liefern. 4

12 1. Einführung Dabei können sie als Grundlage für die Entscheidung von Waldbesitzern und Energieholzbereitstellern dienen, in welcher Form Energieholz aus dem Wald aufbereitet werden soll, um thermische Energie möglichst energie- und kostensparend zu produzieren. Für die Bereitstellungskette zur Gewinnung von Energie aus Wald- und Industrierestholz könnten die Ergebnisse dieser Studie auch als Benchmark fungieren. Neben wirtschaftlichen Aspekten wurden im direkten Vergleich auch die ökologischen und sozialen Auswirkungen gegenübergestellt, woran sich zukünftig andere Betriebe und Unternehmen der Branche orientieren können. Ein Vergleich mit fossilen Energieträgern, die zur thermischen Energieerzeugung herangezogen werden, kann auf Basis der kalkulierten Daten ebenso durchgeführt werden. Darüber hinaus können die Herangehensweise und die Ergebnisse der Studie für Chain-of- Custody Zertifizierungen herangezogen werden, die den effizienten und nachhaltigen Einsatz von Wald- und oder Industrierestholz zur Energiegewinnung bestätigen. Außerdem wäre es möglich, Hinweise zur Ausgestaltung und Weiterentwicklung von Förderkonzepten und -maßnahmen zum Einsatz von Holz zur Erzeugung von thermischer Energie abzuleiten. Aus diesem Zusammenhang ergab sich folgende Forschungsfrage: Wie sind unterschiedliche, reale und für die Praxis relevante Energieholz-Bereitstellungsund Konversionsketten hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit, ihrer Energieeffizienz, ihrer Umweltwirkungen und ihrer Beschäftigungseffekte zu beurteilen? 5

13 2. Stand des Wissens 2. Stand des Wissens 2.1 Energieholzprodukte zur thermischen Konversion Holz kann als Brennstoff zur Wärmeproduktion verwendet werden (vgl. McKendry 2002). Verschiedene Studien zeigten in der jüngeren Vergangenheit Nutzungspotentiale und Perspektiven für Energieholz auf (vgl. insbesondere für Baden-Württemberg Eltrop et al und Wolff 2004, aber auch Marutzky 2004 für eine vergleichende Studie über die Energieholznutzung in Deutschland, Österreich und der Schweiz). Für die Produktion von Energieholzprodukten werden zum einen Reste aus der Waldnutzung (z.b. Kronenmaterial, s. Abbildung 1) verwendet. Bei hinreichend hohen Marktpreisen für Energieholz werden zum anderen auch das Waldholzsortiment Industrieholz (s. Abbildung 2) und in jüngerer Zeit auch geringerwertige Stammholzsortimente, welche bisher hauptsächlich für eine stoffliche Verwertung bestimmt waren, für die energetische Verwertung aufbereitet. Ebenfalls wird Sägerestholz, welches bei der Verarbeitung von höherwertigem Stammholz (s. Abbildung 3) im Sägewerk anfällt, zu energetischen Zwecken aufbereitet und verwendet. Abbildung 1: Waldrestholzpolter (Foto: Brunsmeier, M.) Abbildung 2: Industrieholzpolter (Foto: Brunsmeier, M.) Abbildung 3: Stammholzpolter (Foto: Brunsmeier, M.) 6

14 2. Stand des Wissens Waldholz wird vorwiegend zu Scheitholz und zu Hackschnitzel aufbereitet und kann dann direkt thermisch verwertet, d.h. verbrannt, werden. Holzpellets hingegen werden nicht nur aus Sägerestholz, sondern (bisher in geringen Umfang) auch aus Waldholz, produziert (vgl. Leibold 2012: 18). Laub- und Nadelbaumarten haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzungen (z.b. Ligninanteil, Harzanteil) verschiedene Brenneigenschaften und Energiegehalte (vgl. Hahn et al. 2011, TFZ 2009) Scheitholz Scheitholz ist gespaltenes Rundholz mit einer Länge zwischen cm. Es bildet das Ursprünglichste der in dieser Studie untersuchten Energieholzprodukte fielen 64,7 % des Brennholzeinsatzes in privaten Haushalten auf das Scheitholz aus dem Wald (vgl. Mantau 2012: 9). Dies entspricht einer Menge von 21,9 Mio. Erntefestmetern (Efm) (vgl. ebd.). In der Literatur werden verschiedene Gründe angeführt, warum das Scheitholz vor allem für Privatkunden auch weiterhin ein bedeutendes Brennholzprodukt darstellt. Dies sind unter anderem die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern, Scheitholzaufbereitung als Freizeitaktivität oder auch die Wohnatmosphäre bei Einzelfeuerstätten (vgl. ebd.: 24). Scheitholz kann mit relativ geringem technischen Aufwand beschafft und aufbereitet, kostengünstig und verlustarm bevorratet und in relativ einfachen Anlagen zur Raum- oder Zentralheizung verwendet werden (Höldrich 2007: 23). Aufgrund erhöhter Nachfrage nach Scheitholz haben sich neben Personen, die für den eigenen privaten Gebrauch oder im geringen Umfang auch für den Verkauf Scheitholz aufbereiten, professionelle Scheitholzhersteller etabliert. Diese sind mit leistungsfähigen Spaltmaschinen ausgerüstet und verfügen teilweise auch über technische Trocknungsanlagen. Abbildung 4: Scheitholz, 1 m Länge, gebündelt (Foto: Brunsmeier, M.) 7

15 2. Stand des Wissens Scheitholz wird vor der Verwendung überwiegend (im Wald) luftgetrocknet, jedoch teilweise auch technisch getrocknet. Abbildung 4 zeigt als Beispiel Scheitholz, welches gebündelt zum Trocknen aufgereiht wurde. Die Trocknung ist aufgrund von Anforderungen der Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) 2 erforderlich, denn, [d]ie in [der 1.BImSchV unter 3 Abs.1] genannten Brennstoffe dürfen in Feuerungsanlagen nur eingesetzt werden, wenn ihr Feuchtegehalt unter 25 Prozent bezogen auf das Trocken- oder Darrgewicht des Brennstoffs liegt (BImSchV 2010: 3 Abs.3), um Verbrennungsemissionen zu minimieren. Scheitholz wird vorwiegend aus Rundholz und Waldrestholz gewonnen, nur selten aus Landschaftspflegeholz oder Industrieresthölzern. Nach DIN EN (2011) wird es in die Eigenschaftsklassen A1, A2 und B sortiert. Hierbei werden für die Klasse A1 Stammholz und unbehandeltes Industrierestholz als Rohstoffe verwendet, und für Endnutzer in hoher Qualität mit glatten Oberflächen und ohne Fäulnis angeboten. A2 und B werden aus Stammund Waldrestholz produziert, wobei die Anforderungen geringer als in der Klasse A1 sind. Dies erlaubt einen höheren Prozentsatz an zugelassener Fäulnis (5 % bzw. 10 %) und verlangt keine Anforderungen an die Oberflächenstruktur. Scheithölzer werden in Einzelfeuerstätten verbrannt. Dies sind Kamin- und Kachelöfen, die von Hand beschickt werden, oder in seltenen Fällen auch automatisierte Verbrennungsanlagen, die über einen Vorratsspeicher automatisch mit den entsprechenden Scheiten versorgt werden Waldhackschnitzel Waldhackschnitzel (s. Abbildung 5) sind Hackschnitzel aus Waldholz. Abbildung 5: Hackschnitzel aus Waldrestholz, unbehandelt (Foto: Schweier, J.) 2 Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen vom 26. Januar 2010 (BGBl. I S. 38). 8

16 2. Stand des Wissens Vorwiegend handelt es sich hierbei um ein Produkt aus Waldrestholz, welches nicht einer stofflichen Verwendung zugedacht ist (z.b. Kronenmaterial bei Laubbäumen) und/oder aus Forstschutzgründen entfernt werden muss (z.b. Gipfelstücke bei Nadelholz). Hackschnitzel für die energetische Nutzung werden in Deutschland nach der Norm DIN EN klassifiziert. Partikelgröße und Wassergehalt (WG) sind dabei als wesentliche Eigenschaftsparameter festgelegt (FNR 2012: 7). Insbesondere der WG hat für den Energiegehalt der Hackschnitzel eine große Bedeutung. Zudem ist er maßgeblich für die Lagerfähigkeit von Hackschnitzeln (FNR 2012: 11). In der Norm DIN EN (2011) werden Hackschnitzel in die Eigenschaftsklassen A1, A2, B1 und B2 eingeteilt. A1 und A2 werden aus Rund-, Waldrestholz und chemisch unbehandeltem Industrierestholz hergestellt. Dabei unterscheiden sich A1 und A2 nur in ihrem Wassergehalt, der bei A1 maximal 10 % (erreichbar nur durch künstliche/technische Trocknung) bzw. 25 % (ohne technische Trocknung) und bei A2 maximal 35 % beträgt. Die Klasse B1 erlaubt neben Waldholz und chemisch unbehandeltem Industrierestholz auch Landschaftspflegeholz als Ausgangsmaterial. Hackschnitzel, die aus Industrierestholz oder Gebrauchtholz bestehen, werden in der Eigenschaftsklasse B2 kategorisiert. Das Holz wird überwiegend an der Waldstraße oder an zentralen Plätzen maschinell zu Hackschnitzeln verarbeitet 3, wodurch ein für den Transport günstigeres Volumen/Masse- Verhältnis und ein besseres Handling als bei Kronenmaterial und anderem Waldrestholz erreicht werden kann. Dies wirkt sich positiv auf den Transport aus, der in standardisierten Containern erfolgt. Hackschnitzel werden seltener in Ein- und Zweifamilienhäusern, sondern mit Schwerpunkt als Brennstoff in mittleren und großen Heiz(kraft)werken verwendet. Da die Ressource Waldenergieholz jedoch im Vergleich zu Alt- und Sägerestholz bisher bei weitem noch nicht vollständig ausgenutzt wird, sind in Zukunft deutliche Steigerungen beim Einsatz von Waldhackschnitzeln zur Wärme und/oder Stromerzeugung zu erwarten (Cremer et al. 2007: 29). Ebenso meint Eberhardinger (2011: 5), dass [m]it der zunehmenden Verbreitung von Biomasseheiz(kraft)werken [ ] auch die Bereitstellung von Waldhackgut an Bedeutung [gewinnt]. Hackschnitzel werden zumeist zwischengelagert, weshalb dieser Prozessschritt als unverzichtbarer Bestandteil der Bereitstellungskette Waldhackgut bezeichnet werden 3 Es existieren auch Hacker, die mit einem Container kombiniert auf der Rückegasse arbeiten. Diese weisen oftmals eine geringere Produktivität auf. Dies ist vorwiegend auf das wenig vorkonzentrierte Material zurückzuführen. 9

17 2. Stand des Wissens [kann] (Eberhardinger 2011: 47). Dabei werden die Hackschnitzel überwiegend zum Trocknen und zum Lagern aufgehäuft. Dies geschieht unter freiem Himmel, auf Plätzen mit einfacher Überdachung oder in eigens dafür eingerichteten und gut belüfteten Hallen. Eine technische Trocknung ist ebenso möglich. Dabei können die Hackschnitzel für höhere Qualitätsansprüche auch gesiebt und auf eine bestimmte Hackschnitzelgröße weiter zerkleinert und dadurch veredelt, d.h. preislich aufgewertet, werden. Aber hierbei ist zu beachten, dass die Qualitätsanforderungen an den Brennstoff mit wachsender Anlagengröße tendenziell sinken, da dort die Förder- und Verbrennungstechnik flexibler u.a. auf höhere Wassergehaltswerte ausgelegt ist (ebd.: 47.) Pellets Holzpellets werden als zylindrische Presslinge aus getrocknetem, naturbelassenem Holz hergestellt (FNR 2009: 10). Für die Produktion von Holzpellets werden in Mitteleuropa vorwiegend chemisch unbehandelte Industrieresthölzer ohne Rinde verwendet, die beispielsweise als Resthölzer in Sägewerken oder als Koppelprodukte der holzbe- und verarbeitenden Industrie in Form von Spänen, Holzmehl oder Kapphölzern anfallen (Döring 2011: 17) 4. Teilweise wird aber auch frisches Waldholz zerkleinert und für die Pelletherstellung verwendet (vgl. ebd.). Generell kann man davon ausgehen, dass der Waldholzeinsatz zunehmen wird, um mehr Biomasse für die Pelletproduktion zur Verfügung zu stellen (vgl. Döring 2011). Pellets werden nach Döring (ebd.) in einen Premiumpelletmarkt, in dem Holzpellets von höherer Qualität überwiegend in Ein- und Mehrfamilienhäusern zur Wärmeerzeugung (ebd.: 6) und in einen Industriepelletmarkt, in dem die Pellets hauptsächlich zur Mitverbrennung in Kohlekraftwerken eingesetzt (ebd.: 5) werden, unterschieden. Die für den privaten Gebrauch hergestellten Pellets sind genormt und besitzen einen Standarddurchmesser von 6 mm (s. Abbildung 6), während auch Holzpellets mit 8 mm Durchmesser [oder kundenspezifisch mit anderem Durchmesser] hergestellt werden, die in leistungsstärkeren gewerblichen [ ] Biomasseanlagen (ebd.: 11) eingesetzt werden können. Pellets werden in der Norm DIN EN (2011) in die Eigenschaftsklassen A1, A2 und B unterteilt. Diese stellen unterschiedliche Anforderungen 4 Sägerestholz ist ein Überbegriff für das in Sägewerken bei der Schnittholzherstellung zwangsläufig anfallende Restholz, wie z.b. Schwarten, Kappstücke, Hackschnitzel, Späne aus Säge- und Fräsvorgängen sowie aus Reduzierungen. The by-products of primary conversion wood industries, like sawmills, are regarded as residues or `waste (Uasuf 2010: 2). 10

18 2. Stand des Wissens an die Herkunft der Rohstoffe, die Qualität und die Zusammensetzung. Dabei ist in privaten Haushalten [ ] die Klasse A1 von Relevanz (FNR 2013: 7). Nach DIN EN (2011) müssen Pellets für private Haushalte höhere Qualitätsanforderungen erfüllen, weil die Empfindlichkeit [der privaten Pelletheizungen] gegenüber der Brennstoffqualität zu größeren Problemen führen kann (DIN EN : 4). Abbildung 6: Norm-Pellets (Foto: Brunsmeier, M.) Für größere Feuerungsanlagen gewerblicher und kommunaler sowie industrieller Nutzer sind [ ] Pellets der Klassen A2 und B geeignet (FNR 2013: 7). Pellets der Klasse A1 werden aus Stammholz und chemisch unbehandelten Holzrückständen hergestellt. Die Eigenschaftsklassen A2 und B erlauben darüber hinaus die Produktion aus Waldrestholz, Rinde (aus industriellen Prozessen), Wald- und Plantagenholz sowie anderem erntefrischen Holz (Landschaftspflegeholz), Industrieresthölzern und Gebrauchtholz (vgl. DIN EN : 9). Holzpellets werden in Pelletierwerken hergestellt und in automatisch beschickten Pelletkesseln im privaten Hausbrand verwendet bzw. im Rahmen des Co-Firings 5 in großen Heizkraftwerken eingesetzt Rohstoffherkünfte und Verwendungsarten Die Energieholzprodukte Scheitholz, Hackschnitzel und Pellets werden aus unterschiedlichen Rohmaterialien hergestellt. Die einzelnen Definitionen der Energieholzprodukte befinden sich in den Kapiteln 2.1.1, und (s.o.). Tabelle 1 fasst die genannten Energieholzprodukte und den entsprechenden Rohstoff zusammen. 5 Im Rahmen des Co-Firings werden Pellets nur als Zusatz, zur Verbesserung der Treibhausgasbilanz, zu anderen fossilen Brennstoffen in Großkraftwerken (vorwiegend in Braun- und Steinkohlekraftwerken) eingesetzt. 11

19 2. Stand des Wissens Tabelle 1: Energieholzprodukte und ihre möglichen Rohstoffherkünfte (Hinweis: X = zutreffend, - = nicht zutreffend; Datengrundlage DIN EN , , , , Sh: Stammholz, Wrh: Waldrestholz, Lsph: Landschaftspflegeholz, KUP: (Holz von) Kurzumtriebsplantagen) Produkte Herkünfte Sh Wrh Lsph KUP Industrierestholz Gebrauchtholz Stücke, Hackschnitzel Rinde Späne Scheitholz (A1) X X Scheitholz (A2) X X X X Scheitholz (B) X X X X Hackschnitzel (A1/A2) X X - X X X - - Hackschnitzel (B1) X X X X X X - - Hackschnitzel (B2) X X - X Pellets (A1) X X - X - Pellets (A2 und B) X X X X X X X X Scheitholz wird praktisch nur zur Wärmeerzeugung zumeist in Haushalten verwendet, Hackschnitzel und Pellets kommen zur Wärmeerzeugung und in Anlagen mit Kraft-Wärme- Kopplung auch zur kombinierten Wärme- und Stromerzeugung zum Einsatz (s. Tabelle 2). Tabelle 2: Art der Energieerzeugung aus den Energieholzprodukten Scheitholz Hackschnitzel Pellets Wärme X X X Kraft (Strom) - X X 6 Die vorliegende Untersuchung konzentriert sich aufgrund des überwiegenden Einsatzes von Holz im Wärmebereich auf die Bereitstellungs- und Konversionsketten der Erzeugung von thermischer Energie (Wärme). 2.2 Energieholzernte Forschungen zur Energieholzernte beziehen sich überwiegend auf Änderungen bei der Sortimentseinteilung, auf Ernteverfahren und ihre Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit sowie auf Studien zum Nährstoffhaushalt des Waldes bei erhöhter Nutzungsintensität. Lechner (2011: 3) beschreibt, dass in Mitteleuropa die Waldenergieholznutzung zum Teil noch immer als Resteverwertung und nicht als eigener und gleichberechtigter Produktionszweig der Forstwirtschaft verstanden wird. So wurden von Lechner (ebd.) als 6 Pellets zur Stromerzeugung werden vorwiegend im Rahmen des Co-Firing in Kohlekraftwerken oder in sogenannten Kleinst-Heizkraftwerken in Privathaushalten zur gekoppelten Strom- und Wärmeproduktion eingesetzt. 12

20 2. Stand des Wissens Möglichkeit zur Ausweitung des Energieholzpotenzials eine Anpassung der Sortimentsgestaltung (Lechner 2011: 4) und eine Erhöhung des flächenbezogenen Mengenanfalls bei Nutzungsmaßnahmen (ebd.: 139) untersucht. Lechner entwickelte und überprüfte das Stammholz-Plus-Konzept (ebd.), welches, anstatt der klassischen Sortimentsaushaltung von Stammholz unterschiedlicher Güteklassen, von Industrieholz sowie die Energieholzaushaltung nur aus Kronenmaterial, das Aushalten nur von qualitativ gutem Stammholz und von Energieholz für die Hackschnitzelproduktion vorsah (ebd.). Die Intensivierung der Eingriffsstärke [erfolgte] durch einen verstärkten Eingriff in den Unterund Zwischenstand (ebd.), was eine zusätzliche Entnahme von Bäumen, neben den Bedrängern bei der Normaldurchforstung bedeutet (vgl. ebd.). Diese verstärkte Form der Durchforstung wurde von Lechner als Intensivdurchforstung (ebd.) bezeichnet. Das Stammholz-Plus-Konzept wurde durch Sauter & Siemes (2007) auch in der Starkholzernte erprobt. Hier zeigte sich, dass die Sortimentsgestaltung ohne Industrieholz also Aushaltung von Stammholz und von Energieholz keinen positiven wirtschaftlichen Effekt ergab, da für Industrieholz in diesem Falle noch höhere Preise als für Energieholz erreicht wurden (vgl. ebd.: 4). Einen Ansatz zur Energieholzbereitstellung, insbesondere in Form von Hackschnitzeln aus dem Holzanfall während der Jungbestandspflege, stellten Oesterle et al. (2012) vor. Hier wurde die Idee, die Jungbestandspflege, wo möglich, maschinell durchzuführen und das anfallende Holz für die Hackschnitzelerzeugung zu nutzen (ebd.: 14) umgesetzt, um ein zusätzliches, bisher nicht vermarktbares Sortiment [zu] nutzen (ebd.: 15). Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die Erntekosten zwar nicht vollständig gedeckt werden können, aber der Ertrag aus der Hackschnitzelgewinnung einen Beitrag zur Deckung der Kosten der Jungbestandspflege leisten kann (vgl. ebd. 14f). Ernte- und Aufarbeitungsverfahren für Energieholz wurden durch Zeit- und Leistungsstudien z.b. von Cremer (2008), Höldrich (2007) und Moriz (2009) analysiert. Dabei erstellte Cremer (2008) aus einer Kombination von Metaanalysen und eigenen Versuchen Produktivitätsmodelle als Entscheidungsgrundlage über Verfahren und Aushaltungsvarianten für die Bereitstellung von Waldhackschnitzeln. Für die Metaanalyse identifizierte und beschrieb Cremer (ebd.) ausführlich zahlreiche Produktivitätsmodelle für verschiedene Verfahren zur Holzernte (ebd.: 12ff), auf die an dieser Stelle verwiesen wird. 13

21 2. Stand des Wissens Höldrich (2007) und Moriz (2009) stellten weitere Arbeitszeitstudien zur Energieholzernte vor. Dabei bildete die Holzernte nur einen Teilbereich ihrer Untersuchungen. Höldrich (2007) verglich die Holzernte für die Scheitholzaufbereitung im Rahmen von Jungdurchforstungen anhand der Produktivität verschiedener Probanden und der anfallenden Produktions- und Lohnkosten. Eine durchschnittliche Arbeitsleistung in der Holzernte inklusive Rücken an die Waldstraße wird mit 0,56 Efm pro Arbeitskraftstunde (Akh) (bei einer Spanne von 0,18 bis 1,42 Efm/Akh) angegeben (vgl. ebd.: 82). Hierbei wurde durch Höldrich (vgl. ebd.) nur die Holzernte durch Selbstwerber und keine Holzernte durch professionelle Waldarbeiter untersucht. Moriz (2009) analysierte die Holzernte für die Scheitholz- und Hackschnitzelproduktion durch Lohnunternehmer und Landwirte. Im Vergleich zu Höldrich (2007) wurde anhand der durchgeführten Zeitstudien eine Produktivität in der Holzernte inklusive Rücken an die Waldstraße mit 1,21 Efm/Akh ermittelt (vgl. Moriz 2009: 25). Moriz (ebd.) untersuchte nur motormanuelle oder teilmechanisierte Verfahren. Des Weiteren wurden verschiedene Untersuchungen zur höher mechanisierten Energieholzernte durchgeführt. Eberhardinger (2010) stellte Ernteverfahren mit Sammelaggregaten (z.b. Typ ABAB 350) vor, die es ermöglichen, mehrere Bäume direkt hintereinander zu fällen und anschließend gemeinsam abzulegen. Damit werden Kranbewegungen eingespart, die Fällleistung erhöht sich und die Kosten sinken (ebd.: 16). Dieses Verfahren bietet sich insbesondere für geringere Durchmesser an, also für die Jungbestandspflege oder Erstdurchforstungen (vgl. ebd.). Affenzeller & Stampfer (2007) stellten die Energieholzernte mit einem Fallbeilklingenaggregat vor, wiesen jedoch darauf hin, dass in Anbetracht der entstehenden Kosten, der [ ] beobachteten Bereitstellungskette, und der Energieholzpreise [ ] die Erwirtschaftung eines positiven Deckungsbeitrages noch nicht möglich [ist] (ebd.: 24). Besonders in Beständen mit geringen Durchmessern und großen Kronen wird eine intensive Energieholzernte in Zusammenhang mit einem erhöhten Nährstoffentzug kritisiert, da hier durch die Nutzung des Reisigmaterials nahezu eine Vollbaumnutzung stattfindet. Eberhardinger (2010: 18) stellte fest, dass Vollbaumverfahren [ ] einen signifikanten Entzug von Nährstoffen [verursachen], der insbesondere auf mäßig versorgten Standorten zu berücksichtigen ist. Kölling et al. (2007: 33) sehen in der Größenordnung der in Bestand und Boden gespeicherten Nährstoffvorräte [ ] ein wichtiges Kriterium für die mögliche 14

22 2. Stand des Wissens Intensität der Biomassenutzung. Auch von Wilpert et al. (2011: 131) zeigten auf, dass ein Bilanzdefizit des Nährstoffhaushaltes im Boden bei gesteigerter Entnahme von Reisigmaterial und Nicht-Derbholz hervorgerufen werden kann. Darüber hinaus legten von Wilpert et al. (vgl. ebd.) nahe, die Ausbringung von Aschen zu überdenken, um somit den Nährstoffvorrat wieder aufzufüllen. Drossart & Mühlenhoff (vgl. 2010: 12) fordern, dass nur ein Anteil des Waldrestholzes entnommen wird, um genug Holz für die Humusproduktion zu hinterlassen. Wie groß dieser Anteil sein muss, ist allerdings unklar (ebd.). 2.3 Transport von Energieholz Unter Transport versteht man die Raumüberbrückung oder Ortsveränderung von Transportgütern mit Hilfe von Transportmitteln (Pfohl 2010: 149). Der Straßentransport mit Lastkraftwagen (LKW) nimmt etwa 75 % des gesamten Transports von Rohholz und Holzwaren ein (vgl. Mrosek et al. 2005). Der hohe Transportanteil der LKW ist u. a. durch das starre Streckennetz und die hohen Umschlagskosten für Bahn und Schiff zu erklären (vgl. Borcherding 2007: 19). Für kürzere Distanzen und im Forstbereich werden für Biomasse Rückewagen sowie landwirtschaftliche Schlepper mit Anhängern oder im privaten Bereich Personenkraftwagen (PKW) oder Kleintransporter mit Anhängern genutzt. Der Transport von Holz in Form von Rundholz oder den bereits fertigen Energieholzprodukten ist ein wichtiges Glied in der Bereitstellungskette (vgl. ebd.: 17). Charakteristisch für den Transport von [ ] [Holz] ist die vielfältige und reichlich Laderaum beanspruchende Fracht, welche über unterschiedliche Entfernungen auf Straßen verschiedenen Ausbaugrades von einfachen Erdwegen bis zu geteerten Autobahnen transportiert werden muß [sic!] (Bodelschwingh 2006: 76). Der Transport von Holz ist daher mit einem hohen spezifischen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Außerdem werden fossile Treibstoffe eingesetzt, die Treibhausgasemissionen verursachen und sich auf die ökologische Nachhaltigkeit der Energieholzprodukte auswirken. Auch Opferkuch (2007: 1) stellte fest, dass [d]ie Handhabung dieses sperrigen Rohstoffs [ ] arbeits- und zeitaufwändig [ist] und [ ] den energieintensiven Einsatz schweren Geräts erforderlich [macht]. Gleichzeitig können [d]ie Transportmengen [und somit auch die Umweltwirkungen] [ ] bei einheitlichen Sortimenten aufgrund des Wassergehaltes im Holz erheblich variieren (Bodelschwingh 2006: 76), was v.a. bei einer niedrigen Gewichtsgrenze, wie sie z.b. in 15

23 2. Stand des Wissens Deutschland besteht (vgl. Bodelschwingh 2006), die Planung des Holztransports erschwert und die Kosten erhöht. Für den Rundholztransport kommen neben Kurzholz-LKW auch Rungen-LKW zum Einsatz. Seltener werden für Rundholz Container benutzt. Diese sind hingegen häufiger bei Transportunternehmen im Einsatz, die mit den Containern auch Schütt- und Schnittgut transportieren (vgl. Korten & Eberhardinger 2008, Bodelschwingh 2006). Hackschnitzel werden vorzugsweise in Containern transportiert. Dies ermöglicht auf der Waldstraße einen zügigen Wechsel der Container während des Hackvorgangs, wodurch der Hacker besser ausgelastet werden kann. Auch Sägerestholz wird in Containern oder in dafür vorgesehenen LKW und Anhängern transportiert. Die Aufbauten sind teilweise auch kippbar oder verfügen über bewegliche Böden (walking floor), um eine schnellere Entladung zu gewährleisten. Scheitholz wird je nach Aufbereitung lose oder auf Paletten mit LKW zu Großkunden gebracht. Für private Endverbraucher mit einem geringeren Bedarf werden vorwiegend landwirtschaftliche Schlepper, Kleintransporter oder PKW mit Anhängern verwendet. Pellets werden mit speziellen Silo-LKW mit Austragsgebläse zu den Endkunden gebracht. Bei Privatkunden können die Pellets so in die hausseitigen Vorratsbehälter eingeblasen werden. In Heizkraftwerken mit einem hohen Jahresbedarf und Gleisanschluss kommen auch Güterwaggons für den Pellettransport zum Einsatz. Übersee (vgl. Uasuf 2010) werden Pellets auch per Schiff transportiert. Untersuchungen zum Transport von Energieholz wurden u.a. von Forsberg (2000), Hamelinck et al. (2005), Suurs (2002), Kühmaier et al. (2007) und Kanzian et al. (2006) durchgeführt. Die Autoren untersuchten dabei einzelne Transportverfahren und mehrere unterschiedliche Energieholzprodukte untersucht. Forsberg (2000) stellte Unterschiede im Biomasse- und Energietransport in Bezug auf Emissionen heraus. Es wurde der Transport von Reisigbündeln, Rundholz, Pellets sowie der Transfer von Elektrizität in Erdkabeln im internationalen und lokalen Rahmen analysiert (ebd.: 18). Das verwendete Holz wurde immer erst am Verarbeitungs- oder Konversionsort (Pelletierwerk, Heiz(kraft)werk) gehackt, weshalb kein Transport von Hackschnitzeln berücksichtigt wurde. Die Holzernte wurde von Forsberg (ebd.) ebenfalls nicht in den 16

24 2. Stand des Wissens Untersuchungsrahmen mit aufgenommen, so dass die Berechnungen der Emissionen beim Rücken des Holzes starten. Hamelinck et al. (2005) untersuchten, in Anlehnung und Erweiterung der Untersuchung von Suurs (2002), Kosten, Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen des internationalen Transports von Bioenergie. Dabei wurde der Transport von Rundholz, Reisigbündeln, Waldhackschnitzeln sowie von Pellets, Pyrolyseöl und Methanol analysiert und verglichen (Hamelinck et al. 2005: 131). Fokussiert wurden hierbei die Herstellung und der Transport von Schweden, Ost-Europa und Argentinien nach West-Europa (vgl. ebd.). Dabei wurde deutlich, dass eine Verdichtung des Materials sich positiv auf die Transportkosten auswirkt. When comparing the analysed chains, the importance of densification becomes clearer for chains with larger scales and longer distances, although the transport of lose chips should always be avoided (ebd.: 132). Die Produktionskosten in Europa werden durch die hohen Materialkosten und LKW-Transportkosten bestimmt. Die Kosten für einen Transport per Schiff werden trotz größerer Distanz günstiger, sofern die zu transportierende Menge steigt (vgl. ebd.: 132). Obwohl die Bereitstellungsketten weitere Analysen zugelassen hätten, wurde bei Hamelinck et al. (ebd.) nur der Transport begutachtet und keine Daten zur Aufbereitung des Holzes und der Konversion zu Energie dargestellt. Kühmaier et al. (2007: 221) führten an, dass dem Energieholztransport bisher zu wenig Beachtung geschenkt wurde. In der Studie wurden Schwierigkeiten beim Transport von Wald-Energieholz identifiziert (ebd.) und Optimierungsmöglichkeiten gesucht (vgl. ebd.). Unter anderem die niedrige Auslastung der Ladekapazität, die hohen Warte- und Standzeiten sowie die eingeschränkten Platzverhältnisse auf Forststraßen (vgl. ebd.), aber auch [s]teigende Kraftstoffpreise und die Einführung kilometerabhängiger Maut lassen zugleich die Transportkosten steigen (ebd.). In der Untersuchung von Kühmaier et al. (ebd.) wurden Transportkosten unterschiedlicher Bereitstellungssysteme aus verschiedenen Studien verglichen. Dabei stellten die Autoren fest, dass sich [b]ei der Auswertung der Literatur [ ] eine Reihe von Sachverhalten [zeigte], die die Vergleichbarkeit der Studien miteinander erschweren (ebd.: 221). Neben variierenden Transportdistanzen wurden Unterschiede im Preis von Kraftstoffen und Lohn, den Standzeiten und den Anschaffungskosten nicht beachtet (vgl. ebd.). 17

25 2. Stand des Wissens Kanzian et al. (2006) stellten verschiedene Versorgungsszenarien von Heizwerken mit Hackschnitzeln vor. Darin unterschieden die Autoren vier Bereitstellungsketten mit verschiedenen Hackorten: Forststraße, zentraler Lagerplatz und Werk, und verglichen die Transport- und Hackkosten für eine optimale Auslastung der Maschinen und für möglichst geringe Produktionskosten. Die Transporte unterschieden sich durch das Material (Waldrestholz, Hackschnitzel), welches transportiert wurde (vgl. ebd.: 128), den Wassergehalt des Materials und die Transportentfernung. Über die Kosten hinausgehende Faktoren wie z.b. Umweltwirkungen wurden durch Kanzian et al. (ebd.) nicht untersucht. 2.4 Thermische Konversion Energieholzprodukte werden mit jeweils spezifischen Konversionstechnologien zu thermischer Energie umgewandelt. Die Konversion von Scheitholz, Hackschnitzeln und Pellets in thermische Energie verläuft also je nach Produkt in unterschiedlichen Systemen. Darüber hinaus gibt es innerhalb der Produktgruppen Unterschiede, wie z.b. Baumart, Abbrennverhalten, Aschegehalt, Größe, Konsistenz und Wassergehalt, die bei der Konversion zu Energie beachtet werden müssen (vgl. Härdtlein et al. 2004: 70ff). Scheitholz wird im Wesentlichen von Privatverbrauchern in Einzelfeuerstätten als Hausbrand eingesetzt. Dies geschieht u. a. in offenen oder geschlossenen Kaminen, in Kaminöfen oder in Scheitholzkesseln und Speicheröfen (vgl. Rottmann-Meyer et al. 2009: 9ff). Offene Kamine sind keine Heizung im eigentlichen Sinne, da nur etwa 20 % der Energie für die Raumerwärmung genutzt wird und der Rest aus dem Schornstein entweicht (ebd.: 9), weshalb diese Feuerstätten [ ] primär der Wohnwertsteigerung [dienen] (ebd.). Geschlossene Kamine (mit Glastür oder -scheibe) haben einen höheren Wirkungsgrad, da durch den geschlossenen Feuerraum [ ] die Verbrennungsqualität verbessert wird (ebd.). Moderne Scheitholzkessel sind verbrennungs- und abgasoptimiert und haben Leistungen zwischen 15 kw und 50 kw (ebd.: 10f). Sie können mit einem Pufferspeicher auch Zentralheizungen bedienen (vgl. ebd.: 11). Dennoch ist [d]er Betrieb von Scheitholzkesseln [ ] hinsichtlich Heizmanagement, Beschickung [sowie Ascheentnahme und Reinigung] nach wie vor relativ arbeitsintensiv (FNR 2010a: 8). Hackschnitzel werden üblicherweise in Heiz(kraft)werken verbrannt. Die Werke werden, je nach Größe und Qualität des Hackgutes, entweder nach Leistung (vorwiegend ab 15 kw bis 18

26 2. Stand des Wissens mehrere MW (vgl. Rottmann-Meyer et al. 2009: 12)), nach Fördereinrichtung (z.b. Einblasvorrichtung, Schneckenförderer, Vibrationsrinnen (vgl. LUBW 2001: 7)) oder nach Feuerungstechnologie (z.b. Einblasfeuerung, stationäre oder zirkulierende Wirbelschichtfeuerung, Unterschubfeuerung, Rostfeuerung (vgl. ebd.)) unterschieden. Die chemisch-stofflichen sowie physikalischen Merkmale von Holzhackschnitzeln sind von entscheidender Bedeutung für deren Lagerungsbeständigkeit, die Einbringung des Brennstoffs in den Brennraum, die Verbrennungsführung, die Korrosionsanfälligkeit der Feuerungsanlage sowie für die Emissionen und die Aschequalität (ebd.: 4). Grundsätzlich sind für Anlagen mit geringerer Leistung höhere Hackschnitzelqualitäten (weniger Feinanteile, gleichmäßige Hackgutqualität und geringer Wassergehalt) notwendig, um den Verbrennungsvorgang möglichst optimal durchzuführen. Größere Anlagen haben geringere Qualitätsvorgaben (vgl. Härdtlein et al. 2004: 71). Bei der Verbrennung von Pellets kann zwischen Kleinfeuerungsanlagen [Leistungsbereich kw], mittelgroßen Feuerungsanlagen [Leistungsgröße bis kw] und Großfeuerungsanlagen [Leistungsbereich über kw] unterschieden werden (Döring 2011: 158). Während in Kleinfeuerungsanlagen ganz überwiegend genormte DIN-Pellets zum Einsatz kommen, ist in größeren Anlagen auch das Mischen von Holzhackschnitzeln und Pellets möglich. Teilweise werden Holzpellets auch im Zuge des Co-Firings in Großkraftwerken (z.b. Stein- oder Braunkohlekraftwerken) zugefeuert (vgl. ebd.: 192). Energieholzprodukte können neben der Verfeuerung auch vergast werden. Ziel der Vergasung ist die Umwandlung der festen Biomasse in einen gasförmigen Energieträger, der anschließend noch am gleichen Ort in Verbrennungsmotoren genutzt werden kann (FNR 2007: 113). Aufgrund der geringen Anwendungsverbreitung wurde in dieser Untersuchung nicht weiter auf die Vergasung eingegangen. Bei der Konversion der Holzprodukte zu Energie fallen je nach Ausgangsprodukt und Verfeuerungs- bzw. Vergasungsanlage zwischen 0,5 und 10 % der Brennstoffmasse als Verbrennungsrückstand (Asche, Schlacke) an (ebd.: 129). Diese Asche muss entweder auf Deponien entsorgt oder kann als Dünger oder Düngerzusatz verwendet werden dies hängt jedoch in besonderem Maße von der Aschenzusammensetzung, insbesondere dem Anteil an 19