Sachverständigenbüro für Holz- und Feuchteschäden

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1 Sachverständigenbüro für Holz- und Feuchteschäden Holzschäden an Dachtragwerken von Biogasanlagen Ausnahme oder Regel? Internationale Bio und Deponiegas Fachtagung Synergien nutzen und voneinander lernen VIII 20. / 21.V.2014 öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für das Holz- und Bautenschutzgewerbe Stand:

2 Seite 2 / 20 1 Einleitung In den vergangenen 2 Jahren wurden durch den Verfasser im Auftrag von Versicherungsgesellschaften Schäden (Einsturz) von Holzdächern von Behältern (Fermenter, Nachgärer) von 5 Biogasanlagen nach einer Standzeit von 3-6 Jahren in den Ländern Mecklenburg-Vorpommern, Brandenburg und Schleswig-Holstein untersucht. Bis dahin lagen dazu keine veröffentlichten Untersuchungen, Unterlagen, Zahlen- oder Faktenmaterial vor. Die Begutachtungen wurden wissenschaftlich begleitet durch die Hochschule Wismar, Frau Prof. Dr. rer. nat. Claudia von Laar und die Fa. MICOR, Labor für mikrobielle Prozesse und Materialkunde, Frau Dr. Constanze Messal aus Rostock. Es stellte sich heraus, dass die Zusammenhänge des Schadensmechanismus im Holz unter dem Einfluss aggressiver Medien sehr komplex sind und deren Untersuchungen sehr aufwändig sind. Dazu liegen inzwischen einige Veröffentlichungen [2], [6] [8], [11] zu einzelnen Schadensfällen vor, in denen die daraus gewonnenen Erkenntnisse dokumentiert werden. Dieser Beitrag stellt den aktuellen Stand der Untersuchungsergebnisse dar und beschreibt die bisher bekannten Auswirkungen von Chemikalien auf die Eigenschaften von Holzbauteilen und Holzbestandteilen sowie die Probleme bei der statischen Berechnung dieser Holzkonstruktionen. 2 Technische und naturwissenschaftliche Erklärungen 2.1 Holzdachkonstruktionen Im Folgenden eine kurze, allgemeine Darstellung zur Konstruktion und Funktion eines Holzdachs in einem Biogas-Fermenter/Nachgärer/Gärrestelager. Die dem Verfasser bekannten Holzdächer bestehen i.d.r. aus rd Holzbalken/Sparren aus Nadelholz (Fichte/Tanne), die sternförmig zwischen dem inneren Rand des Betonrings (auf Konsolen, Balkenschuhen oder Aussparungen) und einer Betonoder Holz-Mittelsäule mit einer Länge von i.d.r. rd m aufliegen. Auf diesen Balken sind mit Luftspalt Schalungsbretter genagelt, die z.t. mit einer Vliesmatte belegt ist. Davon abweichend gibt es Konstruktionen, bei denen die Holzschalung nur partiell verlegt ist oder statt Schalung/Vlies ein grobmaschiges Netz gespannt ist.

3 Seite 3 / 20 Bild 1: Aufbau eines Fermenters mit Holzdach (Schnitt) Bild 2: Draufsicht des Holzdaches Damit ist eine Funktion der Holzbalken gegeben. Eine weitere Funktion ist die Aufnahme der Lasten der Gas- und Wetterschutzfolien bei Errichtung der Anlage bzw. im Reparatur- und im Störungsfall (z.b. Stromausfall). Die dritte Funktion ist es, zusammen mit der Schalung und der Vliesschicht bzw. dem Netz eine Besiedlungsfläche für die sog. Thiobakterien zu schaffen. Deren Funktion im nächsten Punkt.

4 Seite 4 / Chemische Prozesse Biogas ist eine sehr komplexe, von vielen Faktoren abhängige und letztendlich teilweise unbekannte Mischung verschiedener Gase und chemischer Elemente. Neben den Hauptbestandteilen Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) finden sich als Nebenprodukte auch Stickstoff (N), Sauerstoff (O2), Schwefelwasserstoff (H2S), Wasserstoff (H2) und Ammoniak (NH3). Bei meinen Untersuchungen wurden außerdem Phosphate, Ammonium, Chloride, Sulfate, Nitrate, Calcium, Kalium und Silizium festgestellt. Die Ursachen für das qualitative und quantitative Auftreten der verschiedenen Elemente und Verbindungen in Abhängigkeit von Zusammensetzung des Gärsubstrates und der Fahrweise der Anlagen ist meines Wissens weitgehend unerforscht. Schwefelwasserstoff (H2S) kann man als das kritischste Nebenprodukt bezeichnen, da es außer seiner Toxizität bei der Verbrennung in den Gasturbinen Schwefelsäure entsteht und entfernt werden muss. Neben der sog. externen Entschwefelung kommt hier die Funktion des Holzdachs inkl. Schalung/Vlies/Netz als Besiedlungsfläche für die Thiobakterien zum Tragen. Thiobakterien, auch als schwefeloxidierende Bakterien/Schwefelbakterien/Sulfurikanten bezeichnet, gehören zu den gram-negativen, nicht Sporen bildenden Bakterien, von denen mehrere Spezies (8 bekannte) existieren. Die einzelnen Spezies siedeln sich bei unterschiedlichem ph-wert und ausreichender Substratzufuhr nacheinander an, bis bei ph-werten unter 1 nur noch T. Thiooxidans lebensfähig ist [24]. Bei diesem als interne Entschwefelung bezeichneten Prozess verbrauchen die Thiobakterien den im Gärprozess entstehenden Schwefelwasserstoff als Energiequelle und produzieren unter Zugabe von Luftsauerstoff während dieser mikrobiologischen Oxidation elementaren Schwefel und Sulfat. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass bei diesem Prozess auch Schwefelsäure und Schwefelwasserstoffsäure entstehen. Dies wird durch die folgenden chemischen Gleichungen dargestellt: Gleichung 1: H2S + H2O H3O + + HS (ein permanenter Prozess im Gärraum: Entstehung von saurer und korrosiver Schwefelwasserstoffsäure durch Lösung von H2S in Wasser, welches im Gärraum reichlich vorhanden ist)

5 Seite 5 / 20 Gleichung 2: 2 H2S + O2 2 H2O + 2S (gewünschter Prozess zur Entfernung von H2S: Entstehung von Schwefel und Wasser durch die Einblasen von Luftsauerstoff) Gleichung 3: S + H2O + O2 Thio`s H2SO4 (unerwünschter Prozess: Produktion von Schwefelsäure aus Schwefel und Sauerstoff unter Mitwirkung der Thiobakterien) Die o.g. unterschiedlichen Lebensbedingungen der Thiobakterien abhängig vom ph- Wert spielten bei der Untersuchung der Schadensfälle eine wichtige Rolle. Das diese chemischen Prozesse in bekannter Weise hochkorrosiv gegenüber Beton und Metallen sind, war allgemein auch aus der Abwassertechnik - bekannt, siehe auch unter [40], [41]. Völlig unbeachtet wurde deren Wirkung auf Holz, obwohl es zum verwandten Thema Mazeration bzw. Holzkorrosion zahlreiche Untersuchungen und Veröffentlichungen gibt [26] [34]. Dies bildete daher einen der Schwerpunkte der Untersuchungen. 2.3 Holzfeuchte und Holzfestigkeit Holz ist ein hygroskopischer Werkstoff, der Feuchte aus der Umgebung aufnimmt oder abgibt. Die Holzfeuchte hängt von der Umgebungsfeuchte, meist der Umgebungsluft ab: je trockener die Umgebung ist, desto trockener wird das Holz und je feuchter die Umgebung ist, desto feuchter wird auch das Holz. Im Falle der Umgebungsluft gibt es einen Zusammenhang zwischen relativer Luftfeuchte, Temperatur und Holzfeuchte. Wenn das Umgebungsklima (Temperatur und Luftfeuchte) einigermaßen konstant sind, und lange genug auf das Holz einwirken, stellt sich eine bestimmte Holzfeuchte ein. Dieser Wert wird als Gleichgewichtsfeuchte (ugl) bezeichnet. Die Holzfeuchte, die sich bei 100% relativer Luftfeuchte einstellt, nennt man Fasersättigung. Fichtenholz mit einer durchschnittlichen Rohdichte von r0 = kg/m³ (darrtrocken) hat bei 100 % Luftfeuchte eine relative Holzfeuchte von rd. 33 %.

6 Seite 6 / 20 Bei dieser Holzfeuchte sind alle Zellwände mit Wasser gefüllt, jedoch nicht die Zellen selbst. Es enthält damit bei 25 % Holzfeuchte rd. 100 kg Wasser und bei 33 % Holzfeuchte rd. 140 kg Wasser pro m³ mehr als lufttrocken. Damit wird ein Holzbalken von 0,1 x 0,3 x 10 m bei 25 % Holzfeuchte mit rd. 30 kg und bei 33 % Holzfeuchte mit rd. 43 kg Wasser zusätzlich belastet. Frisch eingeschlagene Nadelhölzer enthalten im Durchschnitt 55-70% Wasser bezogen auf das Holz im darrtrockenen Zustand. Dabei enthält der Kern etwa 35-50%, der Splint etwa % Wasser [22]. Außer der Zunahme des Eigengewichts von Holzbauteilen bei steigender Holzfeuchte ist bekannt, dass das Holz bei einer erhöhten Holzfeuchte auch seine Festigkeit verliert und die Rohdichte sinkt. Praktische Rechenwerte dafür sind [25]: zwischen dem Feuchtegehalt von 8% bis 20% bis zur Fasersättigung (darüber bleibt sie konstant) sinkt die Holzfestigkeit linear ab, damit sinkt bei Zunahme der Holzfeuchte um 1 % o die Druckfestigkeit in Faserrichtung um 6 % o die Druckfestigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung um 5 % o die Biegefestigkeit in Faserrichtung um 4 % o die Zugfestigkeit in Faserrichtung um 2,5 % o die Zugfestigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung um 2 % o die Schubfestigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung um 2,5 % o das Elastizitätsmodul in Faserrichtung um 1,5 % D.h. rein rechnerisch sinkt die Biegefestigkeit als relevante Größe für die Holzbalken bei einer Zunahme der Holzfeuchte von 25 % (max. Rechenwert für die Nutzungsklasse 3) auf 33 % (Fasersättigung) um rd. 32 %.

7 Seite 7 / Die Schadensfälle Nachfolgend eine Kurzbeschreibung der untersuchten Schadensfälle. 3.1 Mecklenburg-Vorpommern Mai 2012 Bruch von 3 der Dachsparren nach einer Standzeit von rd. 6 Jahren. Nachdem sie in den Fermenter gefallen und dort durch das Rührwerk erfasst wurden, war eine Öffnung des Daches zur Reparatur erforderlich. Beim Ablegen des Foliendachs kam es dann zum Bruch 4 weiterer Sparren, so dass im Februar 2012 das komplette Dach des Fermenters erneuert werden musste. Die Begutachtung erfolgte erst im Mai Da im 2. Fermenter durch das Schauglas ebenfalls schon gebrochene Sparren sichtbar waren, wurde dieses Dach im August 2012 ebenfalls erneuert. Die Holzbauteile aus diesem Fermenter waren Gegenstand der Untersuchungen durch Frau Prof. von Laar, Hochschule Wismar. Die bisherigen Untersuchungsergebnisse sind z.t. in [2], [6] und [8] veröffentlicht und auf der Homepage des Verfassers zum download erhältlich. Bild 3: Ansicht Sparren aus Fermenter 1 Bild 4: Rückbau Fermenterdach Brandenburg Juli 2013 Abrutschen eines Sparrens aus der Halterung am Behälterrand des Fermenters nach einer Standzeit von rd. 5 Jahren war im Mai 2013 mit der Folge des allmählichen Absturzes weiter Sparren bis zum Einsturz beim Erfassen der Schalung/Vliesschicht durch den Paddelgigant. Bruch weiterer Sparren beim Rückbau. Begutachtung parallel zum Rückbau im Juli Die Untersuchungsergebnisse sind in [ ] [ ] veröffentlicht und auf der Homepage des Verfassers zum download erhältlich.

8 Bild 5: Dachkonstruktion nach Rückbau Seite 8 / 20 Bild 6: Ansicht Fermenter nach Einsturz und Teilrückbau 3.3 Schleswig-Holstein Dezember 2013 Bruch von insgesamt 6 Sparren im Bereich eines Sparrenwechsels nach einer Standzeit von rd. 3,5 Jahren infolge der Ablage des Foliendachs nach einem Stromausfall im Oktober Der Sparrenwechsel war eingebaut worden, um das darunter befindlichen Rührwerk im Reparaturfall austauschen zu können ohne die Dachkonstruktion entfernen zu müssen. Bild 7: Skizze Nachgärer mit Schadensbereich, die roten Kreise bezeichnen die Bruchstellen am Wechsel

9 Bild 8: Ansicht des gebrochenen Sparrenwechsels 3.4 Seite 9 / 20 Bild 9: Detail Bruchstelle Schleswig-Holstein Januar 2014 Bruch der hölzernen Mittelstütze in ca. 2/3 ihrer Höhe des Nachgärers nach einer Standzeit von rd. 3 Jahren mit der Folge des Einsturzes der gesamten Dachkonstruktion im November Die Untersuchung erfolgte im Januar Bild 10: Unterteil der gebrochenen Mittelstütze 3.5 Bild 11: Dacheinsturz nach Bruch Mittelstütze Mecklenburg-Vorpommern 2014 Bruch von 3 Sparren (2 weitere angebrochen) eines Gärrestelagers nach wenigen Monaten Standzeit mit Sturmeinwirkung. Bild 12: Ansicht der 3 gebrochenen Sparren Bild 13: Bergung eines Sparrens

10 4. Ergebnisse der Untersuchungen 4.1 Visuelle Feststellungen Seite 10 / 20 An allen untersuchten Objekten war zu erkennen, das die Holzbauteile mit verschieden Ablagerungen mit sehr differenziertem Aussehen und unterschiedlicher Stärke belegt waren. Dabei war deutlich zu unterscheiden zwischen den Holzbauteilen, die ausschließlich mit dem entstehenden Gas und solchen, die mehr oder weniger mit dem Gärsubstrat in Kontakt gekommen waren. Die Farbe der Beläge ging von einem hellen Gelb bis zu dunklen Tönen. Im Fall der Untersuchung direkt nach Rückbau (Brandenburg, Mecklenburg) waren diese Beläge als mit Wasser gesättigt vorgefunden. Des Weiteren wurde festgestellt: eine schwärzlich/bräunliche Verfärbungen der Holzoberfläche eine aufgefaserte Holzoberfläche ein meistens sehr kurzfaseriges Bruchbild der Sparren eine z.t. sichtbar starke Durchbiegung der Sparren Der letzte Schadensfall im Januar 2014 ist hier gesondert zu betrachten, da sich die Bruchstelle der Mittelstütze permanent innerhalb des Substrats befand. Bild 14: extrem kurzfaserige Bruchstellen Bild 15:schwärzliche, faserige Holzoberfläche Bild 16: gelbe Beläge, von dünn und krustig... Bild 17:...bis mehre cm dick

11 4.2 Seite 11 / 20 Ergebnisse der chemischen Analysen Die Untersuchung der Holzbauteile aus den 4 Schadensfällen auf ihren Gehalt an chemischen Elementen und Verbindungen belegt eine sehr differenzierte Belastung. Auch die ermittelten ph-werte variierten je nach Objekt Einbausituation. Die nachfolgende Tabelle 1 beinhaltet eine Auswahl typischer Analysen von insgesamt 16 Holzproben aus den 4 Schadensfällen. Tabelle 1: Bandbreite der chemischen Analysen der Holzproben Gehalt in Nitrat Sulfat Chlorid Ammonium Phosphat ph-wert 0,01 0,05 0,5 8,2 0 0,44 0,05 1,5 0 0,05 2,31 7,8 mg/g Holz Eine differenzierte Analyse- auch zur Verteilung der Belastungen über den Holzquerschnitt - enthalten die Untersuchungen von Frau Prof. von Laar in [8]. In der Zusammenfassung war erkennbar, dass die aus Bruchzonen bzw. sichtbar geschädigten Holzabschnitten stammenden Proben eine deutlich höhere Belastung mit o.g. Elementen aufwiesen und der ph-wert deutlich im sauren Bereich lag. Die durchgeführten REM/EDX-Analysen (Rasterelektronen-mikroskopische Energiedispersive Röntgenspektroskopie) der Beläge ergab eine deutliche Dominanz des Elements Schwefel in den gelben Ablagerungen, wogegen die mit dem Gärsubstrat in Verbindung gekommenen Holzteile einen Mix aus diversen Elementen aufwiesen. Bild 18: Beispiel einer Analyse mit dominantem Schwefelanteil

12 Seite 12 / 20 Bild 19: Analyse einer Probe mit intensivem Gärsubstratkontakt Mit diesen Untersuchungen war zweifelsfrei belegt, dass es auf das Holz einen sog. sauren Angriff gegeben hatte, d.h. vermutlich einen säurehydrolytischer Abbau der Kohlenhydrate Cellulose und Hemicellulose. Vom Prinzip ist dieser Prozess aus der Cellulosegewinnung aus Holz bei der Papierherstellung bekannt. Wie jedoch dieser Abbau erfolgt ist im Wesentlichen unbekannt und sollte durch eine weitere wissenschaftliche Grundlagenforschung ermittelt werden. Nach Schwar [34] erfolgt bei Einwirkung sauer reagierender Salzlösungen ein Abbau vorrangig von Hemizellulose. Unter den Voraussetzungen, dass sich die meiste Salzlösung in der Primärwand und Sekundärwand 1 und sich die höchste Hemizellulose Konzentration in diesem Bereich befindet, muss es besonders dort bei entsprechenden ph Werten zur Reduzierung der Festigkeit kommen. Wenn die Beanspruchung > Beanspruchbarkeit (Widerstand) ist, muss es zur Schädigung, in diesem Fall zur Korrosion (Verlust des Faserverbundes) bzw. zur Reduzierung der Holzfestigkeit im Oberflächenbereich kommen. Bei ph Werten um 3,1 sinkt die Festigkeit auf ca. 25 % der Ausgangsfestigkeit nach einer Temperatur - Langzeitwirkung von 66 C, bei ph Werten um 4,2 und zeitweise Temperaturen von 40 C immerhin noch auf ca. 85 %.

13 4.3 Seite 13 / 20 Ermittelte Holzfeuchten und Rohdichten Die Ermittlung der Holzfeuchten erfolgt mittels der DARR-Methode [12]. Die gemessenen Werte lagen bei den direkt nach dem Ausbau entnommenen Sparren (Brandenburg) zwischen 110 und 150 % rel. Feuchte, bei denen schon 4-6 Wochen im Freien lagernden Sparren (Schleswig-Holstein) betrug diese immer noch %. Differenzierte Analysen - auch zur Verteilung der Holzfeuchten über den Holzquerschnitt dazu wiederum in [8]. Damit liegt die rel. Holzfeuchte deutlich über der zu erwartenden Ausgleichsfeuchte von 33 % (siehe unter Pkt.2.3). Diese hohe Holzfeuchtigkeit ist das Resultat mehrerer Ursachen: eine nahezu mit Wasserdampf gesättigte Raumluft im Behälter, d.h. eine Holzauffeuchtung bis max. zur Fasersättigung Wasser aus den chemischen Prozessen der Entschwefelung (siehe dazu unter Pkt. 2.2, Gleichung 2) die hygroskopische Wirkung der anhaftenden Salzverbindungen kondensierendes, abtropfendes Wasser von der Gasfolie Dieses Wasser bedeutet natürlich eine enorme zusätzliche Belastung der Sparren bezüglich ihrer Durchbiegung und der Biegespannung. Die ermittelten Rohdichten r0 lagen überwiegend im mittleren Bereich, nur teilweise am unteren Bereich für die normalen Rohdichten von Fichte (siehe unter 2.3) und ließen kaum Probleme erkennen. Da die Rohdichte je nach Lage der Holzproben im Baumstamm (innen-außen, unten oben) wie oben angeführt stark differiert, hätten zur Bewertung der ermittelten Werte Referenzproben aus den Hölzern vor Einbau in die Behälter geprüft werden müssen, die natürlich nicht zur Verfügung standen. 4.4 Bewertungen der statischen Berechnungen und der Holzquali- tät In allen 4 Schadensfällen (und einem weiteren bekannt gewordenen Fall im Land NRW) wurden die statischen Berechnungen der eingestürzten Behälter verlangt und eingesehen. Die baurechtlichen Grundlagen der statischen Berechnungen sind dabei in den Ländern sehr unterschiedlich, sie reicht von nicht erforderlich bis hin zur Absegnung durch

14 Seite 14 / 20 einen Prüfstatiker. In den untersuchten Fällen lagen diese den Anlagenbetreibern z.t. nicht zu Baubeginn und auch nicht zum Zeitpunkt der Untersuchungen vor und wurden erst nach dem Schadensfall auf Anforderung angefertigt. Alle Berechnungen endeten mit den Aussagen, das alle Nachweise eingehalten werden (mit Ausnahme der Gebrauchstauglichkeit = Durchbiegung, die meistens überschritten wurde, was aber als unbedenklich gewertet wurde). Allen vorgelegten statischen Berechnungen war aber gemeinsam, dass sie nicht von den praxisrelevanten Zuständen und Belastungen der Holzbauteile in den Behältern ausgegangen waren und demzufolge alle als falsch bewertet wurden. Ursache dafür waren: die Sparren waren für die Berechnungen nach EC5 (DIN EN , Eurocode 5 Holzbau) bzw. DIN 1052 (Holzbauwerke Berechnung und Ausführung) in die Nutzungsklasse 3 (NKL 3) eingestuft. Die DIN 1052 beschreibt diese Nutzungsklassen 3 wie folgt: Nutzungsklasse 3: Sie erfasst Klimabedingungen, die zu höheren Holzfeuchten führen als in Nutzungsklasse 2 angegeben, z.b. für Konstruktionen, die der Witterung ausgesetzt sind. ANMERKUNG: In Nutzungsklasse 2 übersteigt der mittlere Feuchtegehalt der meisten Nadelhölzer nicht 20 %. In der Nutzungsklasse 3 sollte die Einbaufeuchte höchstens 25 % betragen. Wie oben dargestellt, wurde die rel. Holzfeuchte im Nutzungszustand mit bis zu 150 % ermittelt. Unterstellt man eine gewisse Unkenntnis über die o.g. zusätzlichen Wasserbelastungen, hätte man wenigstens mit der Ausgleichsfeuchte von 33 % rechnen müssen. Dies berücksichtigen aber die normalen Statik-Programme nicht, so dass hier nur eine Berechnung per Hand möglich ist. Die anzunehmenden Lasten wie o zusätzliches Wasser im Holz o Beläge aus Schwefel etc., ebenfalls mit Wasser belastet wurden mit viel zu geringen Werten angesetzt.

15 Seite 15 / 20 Es erfolgte keine Abminderung durch die auf Grund der hohen Holzfeuchten zu berechnende geringere Rohdichte und Holzfestigkeit (was eigentlich bekannt sein sollte). Dass auch die Temperatur einen Einfluss auf die Holzfestigkeit hat, soll nur ergänzend erwähnt werden. Es war keine Abminderung der Holzfestigkeit durch die chemischen Prozesse vorgenommen worden (was bis dato als unbekannt angenommen werden kann) In Einzelfällen waren o für die Berechnungen nur die NKL 2 angenommen worden o falsche Maße für die Auflagertiefe am Behälterrand angesetzt worden o der o.g. Wechsel am Sparren statisch nicht nachgewiesen o die Dimensionen der Sparren wurden durch den Baufirma eigenmächtig verändert o in der Statik die Aussage enthalten: Die Balkendecke ist nicht begehbar! Bild 20: Querschnitt an der Bruchstelle Mittelstütze Bild 22: Durchbiegung 8 cm auf 9,5 m Bild 21: Belastung durch nassen Schwefel Bild 23: Auflagetiefe 2 cm

16 Seite 16 / 20 Die eigenen Berechnungen mit den realen Lasten führten für alle untersuchten Konstruktionen zu einem deutlichen Überschreiten der Biegespannung und einer nicht mehr zu akzeptierenden Überschreitung der Durchbiegung. Letztendlich waren einem Fall die Vorgaben der DIN 4071 Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit - Teil 1: Nadelschnittholz für die einzusetzende Sortierklasse S10 (um mit einer Festigkeitsklasse C24 nach DIN EN 338: Bauholz für tragende Zwecke Festigkeitsklassen rechnen zu können) nicht erfüllt, so dass hier zum Bruch der hölzernen Mittelstütze auf Grund der Verwendung eines vorgeschädigte Holzbalkens kam. 5. Zusammenfassung und Ausblick Eingangs muss erwähnt werden, dass es sich hier um die Untersuchungsergebnisse von nur 4 Schadensfällen handelt. Daraus allgemein gültige Schlussfolgerungen für alle Biogasbehälter mit einem Holzdach zu ziehen erscheint gewagt. Trotzdem lassen diese Schadensfälle folgendes erkennen: Es gibt ein biochemisches Problem, das die Holzstruktur angreift und zerstören kann. Dieses Problem der damit verbundenen Reduzierung der Holzfestigkeit ist bisher im Wesentlichen unbekannt gewesen und konnte bei den statischen Berechnungen daher nicht berücksichtigt worden. Inwieweit dies überhaupt in Zahlen erfassbar ist, kann nicht bewertet werden. bei diesem sauren Angriff dabei spielt der Schwefelwasserstoff und die sich daraus bildenden Säuren eine wichtige Rolle, die Rolle der anderen nachgewiesenen Elemente ist dabei weitgehend ungeklärt Es muss angenommen werden, dass die statischen Berechnungen vielfach (unbewusst) falsch durchgeführt werden, weil die realen Lasten nicht berücksichtigt werden, die Holzfeuchte zu niedrig angesetzt wird und dass daraus resultierende Problem der wiederum höheren Lasten und der gleichzeitig geringeren Holzfestigkeit nicht berücksichtigt wird. Dazu werden für dieses Problem auch noch untaugliche Rechenprogramme verwendet.

17 Seite 17 / 20 Aus den bisher untersuchten Schadensfällen werden auf jeden Fall die Komplexität der Problematik und der Zusammenhang zwischen der eigentlichen Gasproduktion und den unerwünschten Nebeneffekten deutlich. Es bleiben zahlreiche Fragen unbeantwortet, wie Welchen Einfluss haben die Zusammensetzung des Gärsubstrats und die Fahrweise der Anlagen auf die Entstehung von Schwefelwasserstoff Wie kausal ist der Zusammenhang zwischen der Abnahme der Rohdichte und der Holzfestigkeit a) durch die hohe Holzfeuchte und b) durch die biochemische Zersetzung und wie kann dies bei den statischen Berechnungen erfasst werden? In welchen Zeiträumen spielen sich die biochemischen Zersetzungen der Holzstruktur ab? Welchen Einfluss hat die Holzqualität? Die Holzart? Der Holzeinschnitt? Ist Holz überhaupt unter diesen Einflüssen ein dauerhaft brauchbarer Baustoff oder ist ein Holzdach ein Verschleißteil mit einer mittleren Lebensdauer von 5 Jahren? Kann man Holz so modifizieren, dass es diesen Angriffen widersteht? Was sind Alternativen? In Holland baut man seit geraumen Zeiten Dachkonstruktionen aus GFK-Trägern (Glasfaserverstärkter Kunststoff) Wie groß ist eigentlich das Problem in der Branche wenn es ein Problem ist? Wieviel Schadensfälle gab es in den letzten 5 Jahren? Es ist nicht einmal zuverlässig bekannt wieviel Biogasanlagen es in Deutschland gibt. Die vom Fachverband Biogas e.v. veröffentlichten Branchenzahlen benennen rd Biogasanlagen Ende 2013 [23]. Bleibt offen, wieviel Behälter (Fermenter, Nachgärer) gehören dazu? Und wieviel davon haben ein Holzdach? Welche Bauweisen gibt es? Wieviel Planungs- und Herstellerfirmen gibt es? Auch die wissenschaftliche Erforschung der Ursachen steckt quasi noch in den Anfängen, die eigentlich die Grundlage zur Beantwortung vieler der aufgeworfenen Fragen bringen sollte.

18 Seite 18 / 20 Diese Fragen können sicher nicht durch einen einzigen Sachverständigen beantwortet werden sondern dies ist Aufgabe vieler Fachgebiete. Ich denke aber auch, dass es Zeit ist, sich damit auseinander zu setzen. Dazu gehört zum vorrangig eine solide Forschung, um die detaillierten Ursachen dieser Holzschäden zu ermitteln und zum anderen, brauchbare Lösungen zu finden. Dazu sollten alle mit diesem Problem Konfrontierten (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Fachverband Biogas, Versicherungsgesellschaften, Planer und Hersteller) gemeinsam eine koordinierende Stelle einrichten, denn dies alles wird Zeit und Geld kosten. Bildnachweise alle Detlef Krause außer: 1, 2 u. 7: Bauunterlagen der untersuchten Anlagen 11: Anlagenbetreiber 16 u. 17: Fa. Micor Literaturquellen und weiterführende Literatur [1] Krause, Detlef: Gutachten über Holzschäden an einer Biogasanlage v [2] Krause, Detlef: Schäden an tragenden Holzbauteilen in Biogasanlagen in: Schützen & Erhalten, Fachzeitschrift des DHBV e.v., Nr. 2/2013, S [3] Kristin Baumgart (B.Eng.), "Holz in Biogas-Fermentern Grundlagenermittlung und Recherche zu Fermentern in Biogasanlagen unter besonderer Berücksichtigung von Decken in Holzbauweise", Studienarbeit an der Hochschule Wismar, Fachbereich Bauingenieurwesen, Wintersemester 2012/13, Betreuung: Prof. Dr. rer. nat. Claudia von Laar [4] Kristin Baumgart (Msc.), "Holzbauteile aus einem Biogas-Fermenter - eine Schadensanalyse", Masterarbeit an der Hochschule Wismar, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, 2013, Betreuung: Prof. Dr. rer. nat. Claudia von Laar [5] Krause, Detlef: Gutachten über Holzschäden an einer Biogasanlage v [6] von Laar, Claudia/Krause, Detlef: Holzschäden an tragenden Bauteilen einer Biogasanlage durch aggressive Chemikalien Eine Ausnahme? in: Tagungsband der 24. Hanseatischen Sanierungstage, Beuth Verlag Berlin, Forum Altbausanierung 8

19 Seite 19 / 20 [7] Krause, Detlef: Holzschäden an tragenden Bauteilen durch aggressive Chemikalien ein Praxisbericht, Weiterbildungstag Deutscher Holzschutzfachverband Landesverband Berlin-Brandenburg e.v [8] von Laar, Claudia: Schadensfall Holzbalkendecke Materialzerstörung in einem Biogasfermenter, in: Der Bausachverständige, Ausgabe 6/2013, Fraunhofer IRB Verlag / Bundesanzeiger Verlag [9] Krause, Detlef: Gutachten über Holzschäden an einer Biogasanlage v [10] Krause, Detlef: Gutachten über Holzschäden an einer Biogasanlage v [11] Krause, Detlef, "Schäden an Holzdachtragwerken von Biogasbehältern - Ausnahme oder Regel" in: Der Bausachverständige, Ausgabe 1/2014, Fraunhofer IRB Verlag / Bundesanzeiger Verlag [12] DIN EN :2002: Feuchtegehalt eines Stückes Schnittholz Teil 1: Bestimmung durch Darrverfahren, Deutsche Fassung [13] DIN , -2, -5: : Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit [14] DIN 1052: , Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Hochbau [15] DIN EN (Eurocode 5) Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau [16] DIN EN 338: , Bauholz für tragende Zwecke Festigkeitsklassen [17] DIN EN 1912: , Bauholz für tragende Zwecke - Festigkeitsklassen Zuordnung von visuellen Sortierklassen und Holzarten [18] DIN Holzschutz Teil 1 Allgemeines (Oktober 2011) Teil 2 Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau (Februar 2012) Teil 3 Vorbeugender Schutz von Holz mit Holzschutzmitteln (Februar 2012) Teil 4 Bekämpfungs- und Sanierungsmaßnahmen gegen Holz zerstörende Pilze und Insekten (Februar 2012) [19] GESTIS-Stoffdatenbank: Gefahrstoffinformationssystem der deutschen gesetzlichen Unfallversicherung [20] GD Holz/von Thünen-Institut, Merkblattreihe Holzarten, Blatt 57, Fichte [21] Wagenführ, Rudi: Holzatlas, Fachbuchverlag Leipzig [22] Gesamtverband Deutscher Holzhandel e.v. [23] Fachverband Biogas e.v. [24] Weismann, D. u. Lohse, M.: Sulfid-Praxishandbuch der Abwassertechnik Biogene Korrosion, Geruch, Gefahr verhindern und Kosten beherrschen, Vulkan Verlag 2007

20 Seite 20 / 20 [25] Holzbau-Taschenbuch. 8. Auflage, Band 1, Halász, R.v.; Scheer, C. [26] Besold, G Systematische Untersuchungen der Wirkung aggressiver Gase auf Fichtenholz. Dissertation Universität München [27] Erler, K.: Bauzustandsanalyse und Beurteilung der Tragfähigkeit von Holzkonstruktionen unter besonderer Berücksichtigung der Korrosion des Holzes. Ingenieurhochschule Wismar, Habilitation, Wismar [28] Erler, K Korrosion von Vollholz und Brettschichtholz. Bautechnik 75-8, S [29] Erler, K Chemische Korrosion von Holz und Holzkonstruktionen. Bauforschung T 2916 Frauenhofer IRB [30] Erler, K., Alte Holzbauwerke, Huss Medien GmbH, Verlag Bauwesen, 3. Auflage 2004 [31] Fengel, D.; Bartels, H.J Über die Einwirkung von Säuren auf Fichtenholz. Holzforschung 34 6, S [32] Fengel, D.; Hardell H.-L Systematische Untersuchungen der Wirkung aggressiver Gase auf Fichtenholz, Teil 4: Elektronenmikroskopische Beobachtungen. Holz als Roh- und Werkstoff 41, S [33] Wolfgang Rug/Angelika Lißner: Untersuchungen zur Festigkeit und Tragfähigkeit von Holz unter dem Einfluss chemisch aggressiver Medien. Bautechnik 88 (2011), Heft 3 [34] Andreas Schwar: Physiko mechanische Untersuchungen des Schadensmechanismus bei Dachstuhlhölzern durch spezifische Holzschutz- und Holzflamm-schutzmittel (Dissertationschrift) Technische Universität Cottbus 2004 [35] Sulfide in Abwasseranlagen, Ursachen-Auswirkungen-Gegenmaßnahmen, Zement-Merkblatt Tiefbau, Bauberatung Zement [36] Biogashandbuch Bayern Materialienband - Kap , Stand Juli 2007 [37] Entschweflung - eine Herausforderung an die Betreiber von Biogasanlagen [38] G. Reinhold, Vortrag auf der Beratung Arbeitsgruppe Biogas des TBV, 12. Oktober 2005 [39] Technik Der Schwefel muss raus, Dr. Kerstin Jäkel, dlz 2/2007, S [40] Schwefelwasserstoffelimination aus Biogas, Technische Information 5.01, Kronos ecochem [41] Beton für Behälter in Biogasanlagen, Zement-Merkblatt Landwirtschaft, LB 14, [42] Faulstich, Martin u.a.: Ursachen und Mechanismen der Korrosion in biologischen Anlagen. Förster Verlag 2006