Holzenergie

Schon seit prähistorischer Zeit nutzt der Mensch Holz zur Energiegewinnung. Mit dem Aufkommen der fossilen Energien wie Kohle, Erdöl und Erdgas verschwanden Holzheizungen vielerorts von der Bildfläche oder dienten fortan eher der Wohnzimmerdekoration. Vor dem Hintergrund des Klimawandels rückt Holz als nachwachsender, erneuerbarer Energieträger aber seit einigen Jahren wieder in den Vordergrund. Der Bruttoenergieverbrauch von Holz in der Schweiz stieg seit 2000 von 28’390 auf 44’770 Terajoule im Jahr 2020. Der Anteil am Gesamtenergieverbrauch erhöhte sich in diesem Zeitraum von 2,6 auf 4,5 Prozent.

Die Verbrennung von Holz verläuft in drei Phasen. Bei Temperaturen bis 150 °C erfolgt zunächst die Trocknung, wobei das noch im Holz enthaltene Wasser verdampft. Anschliessend werden bei Temperaturen zwischen 150 und 600 °C die gasförmigen Verbindungen des Holzes freigesetzt. Nach dieser als Pyrolyse bezeichneten Phase bleibt Holzkohle zurück. Ab etwa 400 bis 1’300 °C findet unter Beigabe von Luft respektive Sauerstoff der eigentliche Verbrennungsprozess, die Oxidation, statt. Dabei verbrennen sowohl die bei der Pyrolyse freigesetzten Gase als auch die Holzkohle. Erst in dieser abschliessenden Phase erfolgt die Freisetzung der Energie, die anschliessend zur Wärmeversorgung genutzt wird. Moderne Feuerungen sind auf den speziellen Verbrennungsprozess von Holz ausgelegt und erreichen so einen hohen Wirkungsgrad bei tiefen Emissionen. Letztere erreicht man nebst dem Einsatz von Filtern durch das Rückführen von Abgasen in den Verbrennungsprozess. Dies reduziert die Feuerungstemperatur und damit auch die Entstehung von unerwünschten Stickoxiden.

Anstelle von Holzscheiten, dem sogenannten Stückholz, nutzt man heute für die Verbrennung vor allem Holzpellets und Holzschnitzel. Die stäbchenartigen Pellets sind ein stark normiertes Industrieprodukt, das aus Sägenebenprodukten hergestellt wird. Die Schnitzel dagegen sind maschinell zerkleinerte Holzstücke, die in Form und Grösse nicht einheitlich sind. Man kann sie dafür direkt aus dem Wald zur Holzheizung bringen, es braucht also keine Weiterverarbeitung oder Zwischenlagerung. Üblicherweise kommen Pellets eher bei kleineren Feuerungen zum Einsatz, Holzschnitzel bei grossen Anlagen.

Holzschnitzel sind in der Regel kostengünstiger als Stückholz und Pellets. Letztere schneiden dafür in puncto Energiedichte am besten ab: Pro Kubikmeter enthalten sie einen Brennwert von umgerechnet 3,3 Megawattstunden. Stückholz erreicht 1,3 und Schnitzel nur 0,8 Megawattstunden pro Kubikmeter. Das wirkt sich auf den Platzbedarf aus, der für die Lagerung nötig ist. Stückholz benötigt doppelt so viel Raum wie Pellets mit demselben Brennwert, Schnitzel gar viermal so viel. Der zur Verfügung stehende Platz kann bei der Wahl des Holzbrennstoffs also durchaus eine Rolle spielen.

Moderne Holzfeuerungen unterscheiden sich stark von den traditionellen Wohnzimmeröfen. Sie sind nicht nur grösser, sondern funktionieren auch weitgehend automatisiert: Sowohl das Einbringen des Holzes als auch das Ausbringen der Asche geschieht ohne menschliches Zutun. Die Automatisierung, die Grösse der Anlage und der standardisierte Prozess reduzieren die Schadstoffe massgeblich. Gesetzlich vorgeschriebene Filter scheiden die verbleibenden Russ- und Feinstaubpartikel weitgehend ab. Automatische Holzfeuerungen eignen sich tendenziell für grössere Projekte, also eher für Überbauungen und Wärmenetze als für Ein- oder Mehrfamilienhäuser. Ein Pelletofen kann aber auch für Einfamilienhäuser mit tiefem Heizwärmebedarf eine sinnvolle Lösung sein.

Im Vergleich mit anderen erneuerbaren Heizformen wie etwa der Wärmepumpe hat die Holzfeuerung den Vorteil, dass sie sehr hohe Temperaturen erzeugen kann, ohne an Effizienz zu verlieren. Damit eignen sich Holzheizungen im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Heizsystemen auch für industrielle Prozesse, die sehr energieintensiv sind und hohe Temperaturen voraussetzen. Ein Nachteil ist, dass sich eine Holzheizung nicht zum Kühlen nutzen lässt. Ob bei einem Bauprojekt eine Holzheizung oder eine Wärmepumpe das geeignetere Heizsystem ist, hängt gemäss David Füllemann auch vom Standort ab. «Holzfeuerungen sind dort sinnvoll, wo eine Wärmepumpe nicht möglich ist oder die Voraussetzungen für einen effizienten Betrieb nicht gegeben sind», erklärt unser Projektleiter Energiedienstleistungen. «Für die Wärmeversorgung einer Überbauung mit anderen potenziellen Energiequellen wie etwa See- oder Grundwasser oder auch Erdwärmesonden empfehle ich eher eine Wärmepumpe.» 

Das Heizen mit Holz wird mitunter kritisch beurteilt. Thematisiert werden beispielsweise die Schadstoffe, die beim Verbrennen entstehen. Tatsächlich können diese Feinstaub- und Russpartikel einen negativen Einfluss auf die Gesundheit und die Umwelt haben, wenn sie ungefiltert in die Luft gelangen. Für grosse Holzfeuerungen ab einer Leistung von 70 Kilowatt gelten aber in der Schweiz seit 2007 strenge Feinstaub- und Abgasvorschriften, die stetig verschärft werden. Die Emissionen werden regelmässig unter Realbedingungen kontrolliert. Um die vorgegebenen Werte zu erreichen, verfügen moderne Holzfeuerungen über verschiedene Filter, die den Feinstaub und die Russpartikel abscheiden. Zudem führt der saubere Verbrennungsprozess bei automatisch betriebenen Feuerungen dazu, dass deutlich weniger Schadstoffe entstehen als bei einem unkontrollierten Feuer. 
Im Qualitätsmanagementsystem QM Holzheizkraftwerke vom Bundesamt für Energie finden Sie wertvolle Informationen zur Planung und zum Betrieb von Holzheizkraftwerken. Die Kantone richten sich bei Fördergesuchen an diesen Grundsätzen aus. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass neue Holzfeuerungen korrekt dimensioniert, mit dem optimalen Brennstoff betrieben und zusammen mit einem grossen Wärmespeicher kombiniert werden.

Bei der Verbrennung von Holz entsteht auch Kohlenstoffdioxid (CO₂), das zur Klimaerwärmung beiträgt. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen wie Gas oder Öl gilt Holz dennoch als erneuerbarer und CO₂-neutraler Energieträger. Ein Baum nimmt nämlich beim Wachstum ebenso viel CO₂ auf, wie er später bei der Verbrennung oder beim Verrotten wieder abgibt. Solange die Waldfläche gleich bleibt, führt das Heizen mit Holz nicht zu einer höheren CO₂-Konzentration in der Atmosphäre. In der Schweiz funktioniert das gut, denn die bewaldete Fläche nimmt sogar leicht zu. Wo nicht mit einer Wärmepumpe geheizt werden kann, ist eine Holzfeuerung daher sicherlich eine klimaschonendere Lösung als eine Öl- oder Gasheizung. Man muss sich indes bewusst sein, dass in anderen Ländern gerodete Flächen nicht immer aufgeforstet werden. Heizen mit Holz ist also nicht per se CO₂-neutral, sondern von der Herkunft des Holzes abhängig. 

Dass sich Holzfeuerung und Wärmepumpe bei einem gemeinsamen Betrieb sogar einen Mehrwert schaffen können, beweist der Wärmeverbund Herrliberg. Er besteht aus zwei separat geführten thermischen Netzen. Das mit einer Holzfeuerung betriebene Hochtemperaturnetz versorgt die angeschlossenen Privathäuser und öffentlichen Bauten mit Wärmeenergie. Die Vorlauftemperatur von etwa 75 °C eignet sich sowohl für die Beheizung der Gebäude als auch für die Aufbereitung des Brauchwarmwassers. 

Das Niedertemperatur-Anergienetz nutzt Wärmeenergie aus einem Erdsondenfeld und liefert Temperaturen zwischen 6 und 25 °C. An dieses kalte Fernwärmenetz sind vor allem Neubauten und Liegenschaften neuerer Bauart angeschlossen. Dezentrale Wärmepumpen bringen das Heizwasser vor Ort auf die gewünschten Temperaturen für Raumheizung und Brauchwarmwasser. Das Anergienetz bietet zudem die Möglichkeit, die angeschlossenen Gebäude im Sommer zu kühlen (Freecooling).

Die Holzfeuerung des Herrliberger Verbundes verfügt über eine Wärmerückgewinnung mit Abgaskondensation. Dabei werden die Abgase der Holzfeuerung von 160 auf rund 25 °C abgekühlt, bevor sie an die Aussenluft gelangen. Die Abkühlung ist deutlich stärker als bei herkömmlichen Anlagen, welche die Abgase nur auf rund 50 °C abkühlen. Die Wärmeenergie, die dabei gewonnen wird, dient anschliessend zur Wärmeregeneration des Erdsondenfelds, versorgt also zusätzlich das Anergienetz. Der Wirkungsgrad der Holzfeuerung in Herrliberg steigt durch die Wärmerückgewinnung um rund 25 Prozent, bei einer herkömmlichen Anlage nur um 10 bis 15 Prozent.

Ein weiterer Vorteil der Abgaskondensation ist die reduzierte Dampffahne des Kamins der Holzfeuerung (der Dampf wird fälschlicherweise oft als Rauch wahrgenommen). Wenn weniger Dampf abgegeben wird, steigt die Akzeptanz der Feuerung. Das Abgaskondensationssystem in Herrliberg funktioniert gemäss Projektleiter Füllemann noch besser als erwartet und überzeugt auch durch seinen geringen Wartungsaufwand. Er ist überzeugt, dass eine umfassende Nutzung der Wärmeenergie der Abgase mittels Kondensation immer wichtiger wird, da der ressourcenschonende Umgang mit Holz an Bedeutung gewinnt. Daher empfiehlt Füllemann, bei neuen Holzheizungen die Abgaskondensation immer einzuplanen.

Holzfeuerungen sind eine klimafreundliche und finanziell attraktive Alternative zu anderen erneuerbaren Heizsystemen wie Wärmepumpen. Sie nutzen einen nachwachsenden heimischen Rohstoff, der ohne lange Transportwege auskommt und im Inland Wertschöpfung generiert. Zudem eignet sich das Heizen mit Holz für viele verschiedene Gebäude- und Projekttypen. Unsere erfahrenen Fachleute beraten und begleiten Sie gerne.