TUM EBB Univ. Prof. Florian Musso Baukonstruktion und Baustoffkunde Recyclingwerkstoffe aus Holz
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- Florian Baumann
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1 TUM EBB Univ. Prof. Florian Musso Baukonstruktion und Baustoffkunde Recyclingwerkstoffe aus Holz Prof. Dr. Klaus Richter Lehrstuhl für Holzwissenschaft Holzforschung München,
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4 Holzwissenschaft Prof. Richter Professuren und Lehrgebiete Holztechnologie Prof. van de Kuilen Holz Bioprozesse Ass. Prof. Benz Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie Mechanik und Physik Forschungsbereiche Rohstoff- und Produktchemie Holz-Bioprozesse Stoffstrommanagement Charakterisierung Funktionalisierung Struktur-Eigenschaft Analysen Zellwandreaktionen Gradienten- und Skaleneffekte Werkstoffinnovationen Leistungsfähigkeit Zuverlässigkeit Gebrauchstauglichkeit Sicherheit Dauerhaftigkeit Wirtschaftlichkeit Ressourceneffizienz Nachhaltigkeitsanalysen Produkt Umwelt Bewertungsmethoden Kaskadennutzung End-of-life Prozesse Material- / System- Analyse Modellierung / Simulation Technologieentwicklung Leistungsbeurteilung Kompetenzen
5 hoch Wissen, Erfahrung mittel gering Planungs- und Nutzungsphase End of life
6 hoch Bedeutung / Potenzial mittel gering Planungs- und Nutzungsphase End of life
7 Reduce Reuse Recycle Reduzieren Reaktivieren Recyceln
8 Kreislaufwirtschaft Holz Beispiel zukunftsorientierten Wirtschaftens Biobasierter Rohstoff C-Speicher Hohe Energieeffizienz Reststoffarme Nutzung Altholz Recycling?
9 chemisch energetisch Faser-stofflich Holz-stofflich Holzforschung München Primärnutzung Rundholz, Schnittholz Veredelung Elemente Bauteile Nutzungs- Kaskade mechan. Zerlegung Furniere Späne, Fasern Formen Pressen Werkstoffe Holz chem. Aufschluss Holzschliff, Zellstoff Cellulose Hemicellulose Lignin Herstellung Fibrillierung Konvertierung Konvertierung Papier, Karton Cellulosefibrillen Chemierohstoffe Feinchemikalien Regeneratfasern Ver brennung Wärme Transport Nutzwärme therm. Aufschluss Wande lung Strom Ver gasung Holzgas Wande lung Treibstoff 9
10 Einteilung von Werkstoffen aus Holz Holz Zwischenprodukt Aufschlussverfahren Sägen Schnittholz Massivholzplatte Schälen Furniere Furnierschicht holz (LVL) Zerspanen Strands / Späne Homogenisierungsgrad Spanplatte (PB) / Strangpressplatte Zerfasen Fasern Mitterdichte Faserplatten (MDF) Verbundwerkstoffe Trägersysteme (TJI- Träger etc.) Holzwerkstoff Kreuzbalken Brettschichtholz / Balkenschichtholz Furnierstreifenholz (PSL) Sperrholz (FU) Oriented Strand Board (OSB) Spanstreifenholz / Waferboard Harte Faserplatten (HDF, HFH) Holzfaserdämmplatte Parkett Verbundplatten Verbundsperrhölzer Lamelliertes Holz Wabenplatte Elastische / Nachverformbare PB Wood plastic composites (WPC) Sperrtüren 10
11 Konzept der Kaskadennutzung
12 Randbedingungen für Alt-/Gebrauchtholznutzung Ökonomie Rechtlicher Rahmen Soziales Qualität und Mengen Ökologie Aufwand und Nutzen (Nachhaltigkeit
13 energetische stoffliche Nutzung Holzforschung München Rechtlicher Rahmen: Altholzmanagement Deutschland > Verordnung über Anforderungen an die Verwertung und Beseitigung von Altholz (2002) TVH_WS 2014_15 HWS Teil 3,
14 PTF BPI
15 Rohstoffe - Altholz TVH_WS 2014_15 HWS Teil 3,
16 A I A II A III A IV TVH_WS 2014_15 HWS Teil 3,
17 Qualität und Mengen Holzverfügbarkeit EU 27 in Mio m 3 Material Energie Altholz 50 Mio m 3 Deponie Source: Mantau et al. (2010) EUwood - Real potential for changes in growth and use of EU forests: Final report.
18 Alt-/Gebrauchtholzmengen Deutschland 1,6 2,5 Mio t/a Wiederverwendung Holzprodukte in der Technosphäre (Lager) Mio t/a (Stat. BA 2012; Mantau et al. 2012) Altholzmanagement Material (Spanplatten) Energie (downcycling) Verlust? BAV : Bundesverband der Altholzaufbereiter und verwerter, Berlin
19 Systematik `End of life` Prozesse bei Holzprodukten
20 Holzmengen im Gebäudebestand Höglmeier et al.: Resources, Conservation and Recycling 2013
21 Holzmengen im Gebäudebestand Holzmengen in den Gebäuden [m 3 /Gebäude] [m 3 /1000 m 3 BRI] gesamt Rohbau gesamt Rohbau Wohngebäude Nichtwohngeb Abbruchquote 0,06 % Gesamtbestand Kaskadenpotentiale 26 % Großteile 30 % Massivholz 45 % stoffliche Verwertung Altholzfluss aus dem Bestand (2011) in to Gesamt Klassen I+II Klassen III+IV Wohngebäude Nichtwohngebäude Gesamt % % Höglmeier et al.: Resources, Conservation and Recycling 2013
22 Holzqualität: Verunreinigung Holzabfallaufkommen D % können den stofflich nutzbaren Altholzkategorien zugeordnet werden
23 Holzqualität: Verunreinigung Typische Fremd- und Störstoffe in Holzabfällen (Marutzky 1997)
24 Bei der Herstellung von Spanplatten eingesetzter Rundholz- und Recycling- Holzanteil (Meinlschmidt et al. 2013) TVH_WS 2014_15 HWS Teil 3,
25 Holzqualität: Störstoffe Nachweis Visuell / Einsatzzweck Sortenreine Erfassung beim Anfall Technisch - Nah-Infrarot Spektroskopie (NIR) (Holz/Fremdstoffe) - Ionen-Mobilitäts- Spektrometrie (IMS) (org. HSM) - Röntgenfloureszenz Analyse (RFA) (Schwermetalle, Elemente) TVH_WS 2014_15 HWS Teil 3,
26 Holzqualität: technische Eigenschaften
27 Holzqualität: technische Eigenschaften Oberflächenprozesse (Verwitterung, Vergrauung, Schutzbehandlung): Tiefe 0,01-5 mm Imprägnierung: Gradienten Oberfläche, Hirnholzeinfluss. Splintholz
28 Holzqualität: technische Eigenschaften Holzalterung: mechanische und physikalische Eigenschaften in Funktion zur Exposition und Belastungsgeschichte Holzeigenschaften i.d.r. nicht signifikant verändert Klebestoffe: unterliegen ebenfalls Expositionsbedingungen
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30 Aufwand und Nutzen
31 Altholznutzung in Recycling-Kaskaden Ökobilanzen der Altholzkaskaden Modellierung verschiedener Kaskadennutzungswege Vergleich mit Frischholz- und Nicht- Holz-Produkten Empfehlungen für Holzverwendung im Bauwesen und Altholzbehandlung
32 Qualität und Mengen 1 to Altholz 1 to Frischholz OSB aus 100 Altholz Spanplatte aus 100% Altholz Thermische Energie Thermische Energie Nutzenkorb 1 s&s 1 to Altholz 1 to Frischholz OSB aus 100% Altholz Spanplatte Thermische Energie Thermische Energie Nutzenkorb 2 Kaskadennutzung (NK1) und Referenzsystem (NK2) für das Szenario Volle Kaskade.
33 1 to Altholz 1 to Frischholz Spanplatte aus 100% Altholz 3 x recycling Thermische Energie Thermische Energie Nutzenkorb 1 s&s 1 to Frischholz Spanplatte Thermische Energie Nutzenkorb 2 Kaskadennutzung (NK1) und Referenzsystem (NK2) für das Szenario Spanplatten.
34 Altholz Frischholz Holzforschung München LCA mit Nutzenkorb-Methode gleiche Menge Zus. Energie (Biom./fossil/..) EoL-Energie Spanplatte gleiche Menge OSB EoL-Energie Spanplatte gleiche Menge OSB Nutzenkorb 1 = Kaskade Nutzenkorb 2 = Frischholz Zusätzl. Energie: Waldhackschnitzel Höglmeier et al.: World Resource Forum Davos 2013
35 Höglmeier et al.: World Resource Forum Davos 2013
36 Ressourceneffizienz Nutzenkörbe Kaskade Frischholz Scenario Volle Kaskade [kg Trockensubstanz] Altholz Frischholz % Summe Scenario Spanplatte Altholz % -- Frischholz Summe Höherer Verbrauch an Frischholz im Vergleich zur Kaskade zur Erzeugung des gleichen Produktnutzens
37 Bewertung Kaskadennutzung Umweltwirkungen? Effizienz der Holznutzung? Kaskadennutzung verursacht geringere Umweltwirkungen verglichen mit der Produktion gleicher Produkte aus Frischholz Effizienz der Holznutzung ist durch Kaskadennutzung gleich oder verbessert
38 Zwischenfazit I Kaskadennutzung stofflich bislang in der industriellen Praxis noch wenig bedeutend. Kaskadennutzung erzielt Umweltvorteile (10-17%, abh. vom beurteilten System), die geringer sind als bei nicht regenerativen Materialien. Die bisherigen Methoden der Umweltbewertung bilden die Effekte von Kaskadennutzung bei NaWaRo nicht aussreichend ab. Förderung der stofflichen Nutzung über Erhöhung der qualitativ geeigneten Altholzaufkommen durch: Verändertes Produktdesign (Design for reuse) Getrennthaltung der Altholzkategorie am Ort des Abfallaufkommens, Vermeidung von Verlusten Verbesserung von Sortierung und Logistik Einsatz von effizienten Dekontaminierungsverfahren bei Mischabfällen (NIR/IMS/RFA) verbessern
39 Zwischenfazit II Bewusstein für übergreifendes Management der Holzwertschöpfungskette entwickeln. Nachhaltige Kaskadennutzung sollte ganzheitlich von Anfang an geplant werden und nicht als end of pipe -Lösung nur an bestehende Systeme hintenan geschaltet werden. Erkenntnisbasierte Handlungsanleitungen skizzieren für Unternehmen und Politik zur Entwicklung und Optimierung von Kaskaden ( Wood Mining). Methoden der Umweltbewertung von Kaskadennutzungen von NAWARO verfeinern. Möglichkeiten der kaskadischen Nutzung (Wiederverwendung) von Vollholzprodukten untersuchen
40 Cascading Recovered Wood CaReWood Wood Wisdom Net Research Programme Start Mai Länder - 15 Partner: 5 Universitäten (TUM Koordinator) 3 Forschungsinstitute 5 SME 2 Grossunternehmen
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