Holz – ein ökologischer Brennstoff?

Angeregt durch eine Unterhaltung im Wald wollen wir einige ökologische Aspekte der Verbrennung von Holz im Vergleich zu fossilen Brennstoffen beleuchten und eine CO2-Bilanz ziehen. Als Beispiel dient der jährliche Energiebedarf, um ein Einfamilienhaus zu heizen. Ist Holz ein ökologischer Brennstoff?

Zusammenfassung für Eilige

Da dieser Artikel etwas umfangreicher geraten ist und auch einige Beispielrechnungen enthält, gibt es gleich zu Beginn eine Zusammenfassung der Ergebnisse:

Nein, in Zeiten des Klimawandels ist es nicht gut, Holz zu verbrennen. Warum ist das so?

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Erstens

liegt dies an der geringeren Energiedichte von Holz im Vergleich zu fossilen Brennstoffen, die nach wie vor beim Großteil der in Deutschland verbauten Heizungsanlagen zum Einsatz kommen.

Eine Beispielrechnung zeigt: Um die gleiche Heizleistung wie bei Verbrennung von 2.300 m3 Gas zu erhalten, müssten 16 Ster Holz verbrannt werden. Bei Verwendung von Gas werden dabei 4,4 t CO2 freigesetzt. Bei Verwendung von Holz sind es 12,9 t CO2, also fast die dreifache Menge!

Hätte man also statt des Holzes Gas verbrannt, wären 8,5 t CO2 weniger in die Atmosphäre gelangt.
Oder anders ausgedrückt: Um diese Differenz in der CO2-Bilanz wieder auszugleichen, müssten nicht nur die 16 verbrannten Ster Holz nachwachsen, sondern noch ungefähr 7 Ster zusätzlich.

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Zweitens

liegt es daran, dass Bäume bekanntlich langsam wachsen.

Für die 16 Ster Buchenbrennholz mussten vier 100 Jahre alte Buchen gefällt werden.

Dementsprechend lange braucht es, bis diese wieder nachgewachsen sind.

Das heißt, die Kompensation unserer CO2 -Schuld wird in die Zukunft verschoben und braucht Zeit, die wir nicht haben. Im Moment gilt:

Jedes Molekül CO2 in der Atmosphäre ist eines zu viel.

Schon gewusst?

Ca. 50% des in Deutschland geschlagenen Holzes wird als Brennholz verwertet!
(Quelle: Holzrohstoffbilanz Deutschland)

Ist das Verbrennen von Holz nachhaltig und umweltfreundlich?

Die Verbrennung von Holz an Stelle von Öl oder Gas wird seit Jahren als „grüne“, da CO2-neutrale Alternative zum Heizen unserer Wohnungen dargestellt.

Als wir uns vor 10 Jahren nach einer neuen Heizung für unser Haus umgesehen haben, wurde uns eine Pelletheizung als nachhaltig angepriesen. Das konnte ich allerdings schon damals nicht glauben.

Man muss sich nur vorstellen, dass eine große Anzahl von Menschen mit Holz heizen möchte: Wo soll das ganze Holz herkommen? Schon rein rechnerisch konnte das nicht funktionieren. So ist daraus für uns „nur“ ein Kaminofen geworden.

Beispielrechnung

Jetzt aber mal richtig nachgerechnet. Als Beispiel dient unser freistehendes Einfamilienhaus aus den 1960er Jahren mit 140 m2 Wohnfläche. Das Haus wird zur Zeit mit einer Ölheizung beheizt (wird dieses Jahr endlich ausgetauscht!). Theoretisch ist der Wärmebedarf für so ein Haus mit 4 Personen 23.000 kWh (23 MWh) im Jahr (- wir sind tatsächlich mit wesentlich weniger ausgekommen, aber das heißt natürlich, dass es nicht immer überall mollig warm war).

Um diese Heizleistung zu erreichen, muss man ungefähr 3.285 l Öl verbrennen. (1 l Öl entspricht 10 kWh, da ein alter Kessel allerdings nur 70% Effizienz hat, sind es entsprechend mehr als die sich eigentlich ergebenden 2.300 l).

Falls Sie mit Gas heizen: 10 kWh entsprechen etwa 1 m3 Erdgas, also 2.300 m3 Erdgas, je nach Effizienz des Brenners (100% bei einer modernen Brennwertheizung).

Buchenholz hat einen Energiegehalt von 1.930 kWh/Ster (1 m3 Schichtung), d.h. bei einer Effizienz von 75% unseres neuen Kaminofens würden wir 15,9 Ster Holz verbrennen müssen, um die gleiche Heizleistung zu erreichen.

Was bedeutet das in CO2 Emissionen?

Um die CO2-Emissionen zu ermitteln, müssen wir als erstes das Gewicht in kg der verschiedenen Energiequellen berechnen:

D.h. wir haben in unseren Beispielen

  • 15,9 m3 x 460 kg/m3 = 7.314 kg Holz
  • 2.875 l x 0,86 kg/l = 2.472,5 kg Öl
  • 2.300 m3 x 0,7 kg/m3= 1.610 kg Gas

verbrannt. Um die Menge CO2, die bei der Verbrennung entsteht, berechnen zu können, müssen wir wissen, wieviel Kohlenstoff der jeweilige Brennstoff enthält:

  • Buche enthält 48% Kohlenstoff (C)
  • Öl enthält 85% Kohlenstoff (C)
  • Gas enthält 75% Kohlenstoff (C)

Das Massenverhältnis von Kohlenstoff (C) zu Sauerstoff (O) in CO2 ist 44/12 = 3,67.

Also ergeben sich für unsere Beispiele folgende Mengen an freigesetztem CO2:

  • Buche: (7.314 kg x 0,48) x 3,67 = 12,9 t CO2
  • Öl: (2.472,5 kg x 0,85) x 3,67 = 7,71 t CO2
  • Gas: (1.610 kg x 0,75) x 3,67 = 4,43 t CO2

Wir sehen also, dass das Heizen mit Holz wesentlich mehr CO2 freisetzt als das Heizen mit fossilen Brennstoffen.

Exkurs Energiedichte

Warum ist das so? Das liegt an der geringeren Energiedichte von Holz. Einfach erklärt wird Energie aus der Verbrennung von Kohlenstoff gewonnen (d.h. der Kohlenstoff (C) verbindet sich mit 2 Molekülen Sauerstoff (O) zu CO2, dabei wird Energie frei).

Holz besteht nur zu 50% aus Kohlenstoff, der Rest ist Sauerstoff (40%, entweder in Form von Wasser oder schon an Kohlenstoff gebunden), Wasserstoff (6%) und ein kleines bisschen Stickstoff so wie Spurenelemente. D.h. es steht nicht einmal der ganze enthaltene Kohlenstoff zur Verbrennung zur Verfügung, da ein Teil des Kohlenstoffs schon an Sauerstoff gebunden ist.

Öl und Gas enthalten dagegen jeweils 85% bzw. 75% Kohlenstoff, kaum bzw. keinen Sauerstoff und sonst nur noch Wasserstoff, können also komplett verbrennen.

Energiedichten im Überblick:

  • Holz: 4 MWh/t
  • Öl: 12 MWh/t
  • Gas: 10 MWh/1.000 m3

Das wiederum bedeutet, dass beim Verbrennen der Rohstoffe pro Megawattstunde die folgenden Mengen CO2 entstehen:

  • Holz (Buche): 1 MWh = 250 kg Buche = 120 kg C = 440 kg CO2
  • Öl: 1 MWh = 83,3 kg Öl = 70,83 kg C = 260 kg CO2
  • Gas: 1 MWh = 100 m3 Gas = 70 kg Gas = 52,5 kg C = 193 kg CO2

Fazit

Hätte man statt des Holzes also Gas oder Öl verbrannt, wären beim Beispiel des Energiebedarfs des Einfamilienhauses 8 bzw. 5 t CO2 weniger in die Atmosphäre gelangt.

Um diesen CO2-Ausstoß inkl. der genannten Differenz auszugleichen, müssten also nicht nur die 16 Ster (11,4 Festmeter) Holz nachwachsen, die verbrannt wurden, sondern noch 7 Ster (5 Festmeter) zusätzlich. Das wiederum entspricht ungefähr fünfeinhalb 100 Jahre alten Buchen.

Und hier liegt das Problem: Zwar wächst Holz nach und bindet dabei CO2, aber das tut es eben nur langsam. Die Bäume, die wir verbrannt haben, brauchten 100 Jahre, um zu wachsen. Allerdings wurde das in ihnen gebundene CO2 innerhalb eines einzigen Jahres freigesetzt!

Hätte man diese Bäume im Wald gelassen, würden sie weiter wachsen und jedes Jahr zusätzlich soviel CO2 speichern wie eine 20 Jahre alte Buche als Ganzes enthält, und das Jahr für Jahr.

Das heißt, die Kompensation unserer CO2-Schuld wird in die Zukunft verschoben und braucht Zeit, die wir nicht haben. Im Moment gilt: jedes Molekül CO2 in der Atmosphäre ist eines zu viel, deshalb sollten wir auf das Heizen mit Holz weitgehend verzichten!

(Passend zum Thema: Wie von uns berichtet hat das Bundesverfassungsgericht unlängst entschieden, dass hinreichende Maßgaben für die weitere Emissionsreduktion ab dem Jahr 2031 im Klimaschutzgesetz fehlen und dieses damit teilweise für rechtswidrig erklärt.)

In einem offenen Brief an die EU-Kommissionspräsidentin von der Leyen, an den Präsidenten des Europäischen Rats Michel, an U.S.-Präsident Biden, an Japans Premierminister Suga sowie an Südkoreas Präsidenten Moon haben im Februar 2021 mehr als 500 Wissenschaftler*innen dazu aufgerufen, auf das Verbrennen von Holz zu Energiegewinnungszwecken zu verzichten.

Zu guter Letzt…

Für mich persönlich habe ich zusätzlich gelernt, dass durch einen Austausch meiner Ölheizung signifikante Mengen CO2 eingespart werden können.
Das passiert als nächstes, versprochen!

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