Forschungs- und Innovationsprojekt
Möglichkeiten und Grenzen der Kreislaufwirtschaft und höherwertigen Verwendung von Reststoffen im Holzenergiesektor - "RestUse" (Projekt N 16)

In diesem Forschungsprojekt sollen neue Wege identifiziert und bewertet werden, wie Reststoffe aus der Holzhackschnitzelaufbereitung (z.B. Feinanteile, Nadeln und Überlängen) höherwertig genutzt werden können und wie diese beispielsweise als Nährstoffrückführung in den Wald zur Kompensation von Erntemaßnahmen dienen können.

Hintergrund

Die energetische Nutzung von Holz hat in den vergangenen 20 Jahren, nicht zuletzt durch den Anstieg von Schadholzmengen aus Käferkalamitäten und den Ausbau erneuerbarer Energien, an Bedeutung gewonnen und somit steigerte sich auch die Produktion von Holzhackschnitzeln.

Schritte der Hackschnitzelaufbereitung für eine gute Brennstoffqualität- Trocknung und Siebung

Grüner Traktor und rote Großmaschine stehen in einem Hof eines Landwirts.Zoombild vorhanden

Abbildung 1: Siebung als wichtiger Aufbereitungsschritt (Foto: Schreiber, ehem. LWF)

Zur Steigerung der Brennstoffqualität werden Hackschnitzel zunehmend aufbereitet. Dabei werden sie getrocknet, um einen für die Verbrennung optimalen Wassergehalt von 20 m-% zu erreichen, und gesiebt (siehe Abbildung 1).

Bei der Siebung entstehen Reststoffe vorrangig in Form von Feinanteilen (feine Holz- und Rindenpartikel sowie Nadeln). Diese enthalten zwar einen großen Anteil an Nährstoffen oder organischen Verbindungen, sind jedoch schlecht für die Verbrennung, weil sie z. B. zu höheren Emissionen und Aschegehalten sowie zu einer Verschlackung der Feuerungsanlage führen können (siehe Abbildung 2).

Wieso man Reststoffe aus der Hackschnitzelaufbereitung höherwertig nutzen sollte

Aktuell finden Reststoffe aus der Holzhackschnitzelaufbereitung meist nur einen geringwertigen Verwendungszweck wie z.B. bei der Kompostierung, wodurch –bezogen auf die Menge– große Anteile der darin gespeicherten Nährstoffe für den Wald verloren gehen.

Hackschnitzel vor (links) und nach einer Siebung

Abbildung 2: Erfolg der technischen Siebung von Holzhackschnitzeln (Fotos: Kuptz, TFZ)

Vorgehen im Projekt

Im Verlauf des Projektes wird eine Fallstudie zu etablierten Verwertungswegen durchgeführt. Dafür konnten bereits Praxispartner mit Hilfe einer Marktanalyse gewonnen werden.

In einem Feldversuch wird in unterschiedlichen Varianten die Ausbringung der Reststoffe im Wald und deren Einfluss auf den Ernährungszustand der Bestände durch die Beprobung von Nadeln und des Bodens untersucht. Diese Beprobung wird im nächsten Jahr wiederholt, wodurch eventuell erste Effekte der Ausbringungsvarianten in den Analyseergebnissen zu sehen sein werden.

Auf Grundlage der Messdaten soll eine mögliche langfristige Düngewirkung modelliert werden, auf Basis derer Handlungsempfehlungen abgegeben werden sollen. In einem letzten Arbeitspaket werden innovative Verwertungswege getestet und deren Potenziale bewertet und abgeschätzt.

Grafik zum Vorgehen im Projekt.

Arbeitspaket: „Marktanalyse“

Zu Beginn des Projekts „RestUse“ wurde eine bundesweite Marktanalyse durchgeführt, um einen Überblick zum aktuellen Status-Quo der Nutzungs- und Aufbereitungspraxis der Reststoffe aus der Holzhackschnitzelaufbereitung bei Forstbetrieben, Biomasseaufbereitern und -Bereitstellern sowie Heizwerken zu erlangen.

Etwa ein Drittel der 143 Befragten gaben an, ihre Hackschnitzel-Sortimente zu sieben. Dieser Aufbereitungsschritt erfolgt in 68 % der Fälle in Kombination mit einer technischen Trocknung. Nur 20 % nahmen ausschließlich eine Siebung vor (siehe Abbildung 3). Als Siebtechnik nutzen fast die Hälfte aller Befragten ein Trommelsieb, 25 % verwenden ein Plansieb und 17 % ein Sternsieb.

Die Betriebe wurden auch zum Ausgangsmaterial für ihren jeweiligen Aufbereitungsprozess befragt. Dabei gab es deutliche Unterschiede der verwendeten Sortimente für Teilnehmer innerhalb und außerhalb Bayerns. In Bayern sind Waldrestholzhackschnitzel aus Nadelholz mit 55 % das meistgenutzte Sortiment für die Siebung. Außerhalb Bayerns werden vor allem Waldrestholzhackschnitzel aus Laubholzsortimenten und Energierundholzhackschnitzel aus Nadelholz eingesetzt. Demnach werden außerhalb Bayerns eher qualitativ hochwertigere Ausgangsmaterialien für die Siebung eingesetzt.

Bei der Siebung entstehen i.d.R. drei Fraktionen:

  • Hauptfraktion
  • Feinfraktion/ Reststoffe
  • Überlänge (wird je nach Aufbereitungsprozess noch einmal nachzerkleinert)
Bei der Frage zur Verwendung der Hauptfraktion gaben rund 60 % eine energetische Nutzung an. Nur etwa ein Viertel der Befragten nutzt diese in stofflicher Form (z.B. für den Spanplattenbau, als Fallschutz etc.).
Auch bei der Verwendung der Feinfraktion bzw. der Reststoffe dominiert mit etwa 40 % die energetische Nutzung. Die zweithäufigste Verwendungsart der Reststoffe ist mit 23 % die Einstreu im Stall, gefolgt von einer stofflichen Nutzung mit 20 % (z.B. als Mulchmaterial). Ein geringer Teil mit 13 % führt die Feinfraktion der Kompostierung zu oder nutzt sie in anderen Bereichen wie z.B. im Gala Bau oder zur Verkohlung (siehe Abbildung 3).

Tortendiagramm

Abbildung 3: Nutzungsarten der Reststoffe

Arbeitspaket „Feldversuch“

Hintergrund
In Bayern gibt es einige Regionen mit einem limitierten Nährstoffangebot. Zu diesen Regionen zählt auch der Frankenwald im nördlichen Oberfranken. Deshalb gilt es dort, bei der Waldbewirtschaftung besonders auf den Nährstoffhaushalt zu achten. Durch Erntemaßnahmen werden dem Wald Biomasse und damit auch die darin enthaltenen Nährstoffe entzogen (Abbildung 4). Übersteigen diese Entzüge die Nachlieferung von Nährstoffen durch die Gesteinsverwitterung und Deposition, droht die Bodenfruchtbarkeit nachzulassen. Eine Rückführung von Nährstoffen kann diese Defizite ausgleichen, weshalb vor allem in nährstoffarmen Regionen eine Anpassung der Erntemaßnahmen oder eine Rückführung von Nährstoffen im Projekt „RestUse“ untersucht werden soll.

Schematische Darstellung der Nährstoffflüsse

Abbildung 4: Schematische Darstellung der Nährstoffflüsse im bewirtschaften Wald (Weis et al. 2016)
Methodik
Das Untersuchungsgebiet „Lauenstein“ im Frankenwald (Lkr. Kronach) zählt zu den sehr basenarmen Standorten in Bayern. Aus diesem Grund ist die Analyse der Ausbringungsarten von Holzhackschnitzel-Reststoffen gerade in solch einem nährstoffarmen Gebiet von Bedeutung. Es wurden zwei unterschiedliche Probeflächen ausgewählt: ein 75-jähriger Fichtenaltbestand (siehe Abbildung 5) und ein ca. 40-jähriger Fichtendurchforstungsbestand (siehe Abbildung 6). Dadurch kann nicht nur eine Aussage über den Effekt der Ausbringungsarten, sondern auch über den Einfluss des Alters getroffen werden.
Nadelwald

Abbildung 5

Nadelwald

Abbildung 6

In dem geplanten Feldversuch sollen insgesamt vier Varianten plus eine Kontrollfläche auf jeder Untersuchungsfläche in fünf Wiederholungen ausgebracht werden:

  • Holzhackschnitzel- Feinanteil mit einer Siebgröße von 8 mm
  • Holzhackschnitzel- Feinanteil mit einer Siebgröße von 16 mm
  • Holzhackschnitzel- Feinanteil mit einer Siebgröße von 8 mm, modifiziert
  • Handelsüblicher Düngekalk mit 30 % Holzascheanteil
Vor den Ausbringungsversuchen muss der Ausgangszustand des Waldbestands und des Bodens ermittelt werden. Dafür wurde im November 2021 begonnen Nadelproben von den ausgewählten Probebäumen zu gewinnen. Dabei werden von Probeästen aus der Licht- und Schattenkrone der 1. und 2. Nadeljahrgang beprobt und die Elementgehalte im Labor analysiert (siehe Abbildung 7).

Mehrere Arbeitsschritte sind in einer Collage zusammengefasst

Abbildung 7: Definition a) und Gewinnung b) und Abtrennung c) der Nadeljahrgänge (NJG).

Ausblick

Im Frühjahr 2022 wird der Altbestand mit Hilfe von Baumsteigern beprobt sowie Bodenproben aus den Probeflächen mit Hilfe einer Rammkernsonde bis in eine Tiefe von 100 cm entnommen.

Kontakt

Wenn Sie Fragen oder Anregungen zur Nutzung von Reststoffen aus der Aufbereitung von Holzhackschnitzeln haben, treten Sie jederzeit gerne mit uns in Kontakt:

holzenergie@lwf.bayern.de

Projektinformationen

KurztitelRestUse
LangtitelMöglichkeiten und Grenzen der Kreislaufwirtschaft und höherwertigen Verwendung von Reststoffen im Holzenergiesektor
Statuslaufend
ProjektleitungMarkus Riebler
Stv. ProjektleitungDr. Elke Dietz
ProjektbearbeitungKatharina Wendel
Laufzeit01.01.2021 – 31.12.2023
FinanzierungBayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
FörderkennzeichenG2/N/20/11