Obwohl unsere moderne Welt in erster Linie aus Kunststoffen und Metallen zu bestehen scheint, spielt Holz nach wie vor eine entscheidende Rolle in vielen Produkten, insbesondere in unseren Wohnräumen. Zunehmend wird Holz auch als kohlenstoffnegatives Baumaterial angesehen, was die Bedeutung, die Holz und seine Verarbeitung heute und in Zukunft haben, weiter festigt. In den Vereinigten Staaten verbrauchte die Holzproduktindustrie 388 Billionen BTU, was 113,7 TWh entspricht, während die Sägewerksindustrie 161 Billionen BTU benötigte, entsprechend etwa 47,2 TWh (EIA, 2021). Dies ist zwar nicht die energieintensivste Branche, dennoch besteht die Notwendigkeit, die Emissionen aus dem Energieverbrauch zu reduzieren.

Die eingesetzte Energie ist größtenteils thermischer Natur. Nach dem Fällen durchlaufen die Bäume eine Reihe von Prozessen, um das Holz aufzubereiten und in ein verwendbares und stabiles Material umzuwandeln. Dazu gehören sowohl mechanische als auch thermische Behandlungen, um das Holz zu formen, zu trocknen oder seine Eigenschaften zu verbessern, die für die Nutzung entscheidend sind. In der holzverarbeitenden Industrie entfallen rund 60 bis 80 % des Energiebedarfs auf thermische Energie (Todd A. Morgan et al., 2019; Jingge Li et al.). Diese wird vor allem zur Erzeugung von Heißluft oder Dampf benötigt. In der Regel kommen fossile Brennstoffe zur Wärmeerzeugung zum Einsatz, was den nachhaltigen Charakter von Holz als Kohlenstoffsenke schmälert. Künftig muss die Holzindustrie nachhaltiger werden – nicht nur im Hinblick auf Monokulturen und Flächenschutz, sondern auch bei der Verarbeitung des Materials.

Nachdem die Bäume gefällt wurden, werden sie in ein Sägewerk transportiert, wo die Stämme zu Produkten wie Brettern, Bohlen oder Furnieren verarbeitet werden. Direkt nach diesen mechanischen Schritten ist eine thermische Behandlung erforderlich, die mehrere Prozesse umfasst – jeweils mit spezifischen Temperaturbereichen, Energiebedarfen und Wärmeträgermedien.

Einer der am häufigsten genutzten thermischen Prozesse in der Holzindustrie ist die Kammertrocknung (technische Holztrocknung). Dabei wird der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes je nach Verwendungszweck auf 6–15 % reduziert (Von Wood, Glossar). Die Entfeuchtung ist entscheidend, da sie unerwünschte Effekte wie Rissbildung verhindert. Es gibt verschiedene Arten von Trocknungsanlagen, etwa Solartrockner, Vakuum- und Hochfrequenztrockner. Am weitesten verbreitet sind jedoch konventionelle Trockenkammern, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden (Walker et al., 1993; Desch und Dinwoodie, 1996).

Diese Trocknungskammern bestehen aus speziell ausgelegten Räumen, die die Feuchtigkeit unter kontrollierten Bedingungen entziehen. Große Kammern können Längen von über 30 Metern erreichen. Kleinere Anlagen finden sich eher in Betrieben mit geringerer Kapazität, etwa in der spezialisierten Holzverarbeitung.

Die Brennöfen bestehen meist aus langlebigen, hitzebeständigen Materialien wie Ziegelmauerwerk oder hohlen Zementbetonplatten und sind innen mit Kalk, Mörtelputz und undurchlässigen Beschichtungen ausgekleidet. Moderne Kammern verwenden zusätzlich Dämmstoffe wie Glaswolle oder PUR-Schäume (xiandry.com). Die Trocknung erfolgt bei Temperaturen zwischen 60 und 130 °C, abhängig von Holzart und Dicke (Boone. S.C., C. Bois & Wengert, 1988).

Als Wärmeträger dient meist Heißluft. Zur Luftbeheizung der Trocknungskammern werden Maschinen wie Wärmetauscher, Brenner, Ventilatoren sowie unterschiedliche Rohrsysteme eingesetzt. Die erhitzte Luft wird zur Wärmeübertragung auf das Holz umgewälzt und kann durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt werden. Kraftblock kann die Heißluft in bestehenden Trocknungsanlagen auch fossilfrei bereitstellen, indem erneuerbare Elektrizität anstelle fossiler Brennstoffe oder begrenzter biogener Quellen genutzt wird.

In direkt befeuerten Systemen mischen sich heiße Gase mit der in die Kammer strömenden Luft. Abhängig von der Anlagenschnittstelle kann fossiles Gas dabei durch saubere Heißluft ersetzt werden. In indirekt befeuerten Systemen erfolgt der Wärmetransfer über erhitzte Metallflächen als Wärmetauscher – ohne direkten Kontakt zwischen Gas und Holz.

Sauberer Dampf für die Holzindustrie

Ein weiterer Schritt in der Holzverarbeitung ist das Dampfbiegen. Gebogenes Holz wird in Möbeln, Booten oder in der architektonischen Holzverarbeitung eingesetzt. Die Endtemperatur liegt bei etwa 100 °C (212 °F). Der Dampf dringt in die Holzfasern ein und macht sie weich. Beim Abkühlen behält das Werkstück dann seine neue Form. Für das Dampfbiegen wird spezielles Holz benötigt, das gut auf diesen Prozess reagiert (internationaltimber.com). Bei der industriellen Herstellung gebogener Holzelemente wird das Dämpfen im großen Maßstab durchgeführt, was eine Umstellung auf Dampf aus erneuerbaren Energiequellen wie grünem Strom notwendig macht.

Holz kann außerdem thermisch modifiziert werden. Dabei wird es auf hohe Temperaturen erhitzt, um chemische und physikalische Eigenschaften zu verändern, z. B. um die Widerstandsfähigkeit gegen Fäulnis sowie Haltbarkeit und Formstabilität zu verbessern. Die Temperaturen in diesem Prozess liegen zwischen 160 und 240 °C (320–464 °F) – und damit außerhalb des Bereichs von Wärmepumpen. Diese hohen Temperaturen zersetzen die Hemizellulose im Holz, sodass es kein Wasser mehr aufnehmen kann und widerstandsfähiger gegen biologischen Abbau wird. Als Wärmeträger dient erneut Dampf, in diesem Fall überhitzter Dampf. Dieser wird häufig in Kombination mit Inertgasen wie Stickstoff eingesetzt, sodass der Prozess in einer sauerstofffreien Umgebung abläuft und das Risiko einer Holzverbrennung verringert wird (Munir, Muhammad, Tanveer et al., 2020). Die Wärme muss über einen längeren Zeitraum zugeführt werden, wie im Schema von Percin und Altinok dargestellt:

Die Erzeugung von Dampf bei unterschiedlichen Temperaturen oder Drücken ist eine standardisierte Lösung von Kraftblock: Strom wird zu günstigen Zeiten bezogen, in Hochtemperaturwärme umgewandelt und effizient gespeichert. Bei Bedarf, auch rund um die Uhr, wird daraus Dampf erzeugt. So ersetzt fossilfreier Dampf die bislang eingesetzten fossilen Dampfkessel. In vielen Ländern ermöglicht kostengünstiger Strom aus Sonne und Wind bereits heute die Konkurrenzfähigkeit gegenüber Erdgas – und wird künftig zu noch niedrigeren Kosten führen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass thermische Prozesse für die Holzindustrie unverzichtbar sind. Die Elektrifizierung ebnet den Weg, um die Branche von fossilen Brennstoffen unabhängig zu machen. Dank flexibler und kostengünstiger Elektrifizierung kann der Übergang reibungslos erfolgen, ohne Kostensprünge. Bei Anwendungen mit Heißluft und Dampf müssen keine Anlagen ersetzt werden – sie können direkt durch ein Kraftblock-System fossilfrei versorgt werden.

Quellen

Walker et al., 1993; Primary Wood Processing.

Desch and Dinwoodie, 1996, Timber: Structure, Properties, Conversion and Use.

Todd A. Morgan et al., 2019,  Energy Use and Emissions by the California Sawmill Sector, https://bof.fire.ca.gov/media/9689/ca-sawmill-energy-report_final_20_9-16-19_v1_ada.pdf

Jingge Li et al., 2006, Energy demand in wood processing plants, https://ir.canterbury.ac.nz/server/api/core/bitstreams/1fc79d9c-42c6-439e-b5fd-e880191489c1/content

Von Wood, Glossary, Understanding Kiln Drying and Heat Treatment, https://www.vonwood.com/timber-glossary/kiln-drying-wood-species

Percin, Osman & Altinok, Mustafa., 2017, Some physical and mechanical properties of laminated veneer lumber reinforced with carbon fiber using heat-treated beech veneer. European Journal of Wood and Wood Products. 75. 10.1007/s00107-016-1125-z.

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International timber, Steam Bending Wood: How does it work?, https://internationaltimber.com/resources/steam-bending-wood-how-does-it-work/#:~:text=Around%20100%20degrees%20Celsius%20is,that%20you%20need%20to%20bend.&text=You'll%20want%20to%20start,even%20flex%20in%20the%20fibres.

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Munir, Muhammad; Tanveer; Pailhories, Hélène; Eveillard, Matthieu; Irle, Mark; Aviat, Florence; Federighi, Michel; Belloncle, Christophe (24 August 2020). Experimental Parameters Influence the Observed Antimicrobial Response of Oak Wood (Quercus petraea). Antibiotics. 9 (9):535. doi:10.3390/antibiotics9090535. PMC 7558063. PMID 32847132.

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