Exemplarische Nutzungskombinationen für den klimaoptimierten Holzeinsatz

Das österreichische Holzflussbild macht die starken Verflechtungen der Verwendung von Holzsortimenten am heimischen Markt sichtbar (Abb. 1 [1]). So durchlaufen z. B. rund 80 Prozent des Frischholzeinsatzes aus Holzeinschlag und Importen in Form von Säge- und Industrierundholz zuerst die Holz verarbeitenden Industrien, nur rund 20 Prozent werden als Hackgut und Brennholz direkt energetisch verwertet. Ein Großteil der energetisch genutzten Sortimente entfällt auf Sägenebenprodukte und Schwarzlauge. Das Flussbild verdeutlicht des Weiteren, dass die energetische und die stoffliche Verwendung von Holz untrennbar miteinander verbunden sind: Für die Herstellung hochwertiger Holzprodukte fallen zwangsläufig Koppelprodukte wie Durchforstungsholz, Rinde oder Sägenebenprodukte an, für die es neben der energetischen Verwendung oft keine sinnvolle Alternative gibt.

Zunehmende Kritik an Nutzung von Holz und Bioenergie

Die Nutzung von Holz ist in vielerlei Hinsicht eine österreichische Erfolgsgeschichte. Holz ist die wichtigste heimische erneuerbare Energieressource und leistet einen unverzichtbaren Beitrag zur Erreichung der Klima- und Energieziele [2]. Obwohl die energetische Nutzung von Holz seit einigen Jahren unter 250 PJ pro Jahr stagniert [3] und Holzvorrat und Waldfläche auf Rekordniveau [4] sind, gibt es zunehmend kritische Stimmen zur Bioenergie, aber auch zur Nutzung von Holz allgemein.

Beginnend mit einem Bericht des britischen Think-tanks Chatham House [5] wird seit 2017 in der Fachwelt insbesondere eine Debatte um die CO₂-Neutralität von Bioenergie geführt, welche verstärkt auch in die breite Öffentlichkeit getragen wird. Vor diesem Hintergrund wurden in gegenständlicher Analyse exemplarische Nutzungskombinationen von Holz untersucht und deren Effekte auf das Klima mittels Lebenszyklusanalyse (LCA) eingehend analysiert. Das Ziel dieser Betrachtung war, anhand der exemplarischen Beispiele die Zusammenhänge in der Wertschöpfungskette Holz aufzuzeigen und die wesentlichen Einflussparameter auf klimarelevante
Emissionen im Lebenszyklus sichtbar zu machen.

Methodik

Die LCA ist die weltweit gängigste und international anerkannteste Methode zur objektiven Bewertung von Umweltauswirkungen. Als Datenbasis für die vorgestellte Analyse dienten österreich-spezifische Datensätze sowie Werte aus LCA-Datenbanken (Ecoinvent v3.7, GaBi-Professional). Ausgehend von der Grafik „Holzströme in Österreich“ (Abb. 1), wurden folgende exemplarische Beispiele der Holzverwendung hinsichtlich ihrer Klimaeffekte analysiert:

• ein Holzbauteil (Wandaufbau gemäß IBOPassivhaus Bauteil-Katalog),
• ein Holzmöbelstück (Sessel) und
• das Heizen eines Einfamilienhauses mit Pellets (ein Jahr).

Die Auswahl erfolgte willkürlich und erhebt daher keinen Anspruch auf Repräsentativität für die Holzverwendung in Österreich. Die Analyse wurde mit der Software GaBi durchgeführt und es wurde lediglich die Wirkungskategorie „Klimawandel“ untersucht.

Abb. 1: Wie das österreichische Holzflussbild zeigt, gelangt der Großteil des energetisch genutzten Holzes als Koppel bzw. Nebenprodukt von Holzernte, Sägeindustrie, Holzverarbeitung oder Papierindustrie zu seiner Endverwertung.

Lebenszyklus vom Wald bis zur thermischen Verwertung

Die berechneten Beispiele (Produkte) erfüllen jeweils eine spezielle Funktion und haben dadurch einen spezifischen Nutzen. Dies ist für die Analyse von Referenzsystemen bzw. Substitutionseffekten wichtig und wurde berücksichtigt (z. B. wurden die Substitutionseffekte des Holzbauteils mit einer funktional äquivalenten Stahlbeton-Variante angenommen). In der Untersuchung wurde zudem das Gesamtsystem der entsprechenden Holzverwendung analysiert, und zwar „cradleto-grave“, das heißt, alle Abschnitte des Lebenszyklus, vom Wald über das Produkt bis hin zur energetischen Verwendung am Lebensende. Bei der Berücksichtigung der gesamten Bereitstellungskette wurden ebenso alle anfallenden Nebenprodukte der jeweiligen Systeme (z. B. Durchforstungsholz, Schlagabraum, Sägenebenprodukte (SNP) usw.) entsprechend mitberücksichtigt, da der Wald ein Gesamtsystem darstellt und auch als solches betrachtet wird.

Der angesprochene „Nutzen“ des Systems ist also nicht alleine z. B. die Funktion eines Bauteils, sondern gleichzeitig auch die Bereitstellung von Bioenergie. Wichtig ist, dass Gutschriften (z. B. für den Ersatz von fossiler Energie wie Erdöl oder Erdgas durch Bioenergie) nur dann verteilt wurden, wenn entsprechende fossile Systeme auch tatsächlich ersetzt wurden bzw. voraussichtlich ersetzt werden. Zudem wurde hierbei immer die zeitliche Dimension mitbetrachtet – ein vollständig dekarbonisiertes Raumwärmesystem der Zukunft bedingt z. B. auch, dass Holzbauteile am Ende ihres Lebenszyklus bei energetischer Verwertung keine anrechenbaren Gutschriften für den Ersatz von fossiler Energie mehr erhalten können.

Weiters wurde im Zuge von Sensitivitätsanalysen untersucht, welche Parameter und Faktoren das Ergebnis wesentlich verändern (können). Hierdurch bekommt die Branche Forst-Holz einen Einblick, mit welchen „Stellschrauben“ im System große Effekte erzielt werden können bzw. welche Veränderungen nur marginale Effekte haben.

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass alle drei untersuchten Beispiele der Holzverwendung zu deutlichen Netto-Emissionseinsparungen führen. Im Folgenden wird kurz separat auf die Emissionen und die emissionssenkenden Effekte (z. B. Ersatz von fossiler Energie durch Bioenergie, Ersatz fossil-intensiver Referenzmaterialien) eingegangen.

Abb. 2: Während beim Wandaufbau und bei Holzmöbeln der Großteil der Emissionen für Produktion und Nutzung anfällt (z. B. fossiler Energieeinsatz, Hilfsstoffe), entsteht bei Pellets der Hauptanteil in der Holzverarbeitung. Quelle: Strimitzer

In Abb. 2 ist dargestellt, auf welche Lebensphasen der drei Untersuchungsbeispiele sich die klimarelevanten Emissionen anteilsmäßig aufteilen. Am Beispiel des Wandaufbaus ist gut ersichtlich, dass der größte Hebel zur Emissionsreduktion die Produktion (und Nutzung) des Bauteils ist. Hier sind insbesondere die verwendeten Hilfsstoffe, Dämmmaterialien usw. relevant. Die Baustelle selbst bzw. der Transport des Bauteils sind von untergeordneter Bedeutung. Wesentliche Faktoren in der Vorkette (Rohholzverarbeitung) umfassen die Effizienz in der Holz verarbeitenden Industrie, den Stromverbrauch und die Reduktion des Energieeinsatzes für den Maschinenpark, die Entrindung und die Holztrocknung. Effekte der Infrastruktur und weitere Betriebsmittel (z. B. Schmiermittel, Ersatzteile) sind von untergeordneter Bedeutung.

Im Wald selbst ist der Großteil der Emissionen auf den Dieselverbrauch für Maschinen (Harvester, Traktoren, Hacker) bzw. Ottokraftstoff für Motorsägen zurückzuführen. Vorgelagerte Prozesse wie Forststraßenbau und Instandhaltung, Produktion von Pflanzgut etc. sind für die Treibhausgasemissionen in gewähltem Beispiel vernachlässigbar.

Beim Holzmöbelstück ist der Beitrag des Produktionsprozesses noch ausgeprägter. Hier sind insbesondere der (fossile) Energieeinsatz, Hilfsstoffe (z. B. Metallschrauben, geklebte Verbindungen etc.) als relevante Einflussparameter auf die Emissionen zu nennen, Verpackung und Transporte fallen dagegen weniger ins Gewicht.

Im Fall der Pellets ist die Produktion und Nutzung wesentlich unbedeutender, innerhalb derer sind aber vor allem die Lkw-Transporte klimarelevant. Umgerechnet auf einen 1 m² Wandaufbau werden im Wald rund 2.4 kg CO₂-Äquivalente (z. B. fossile Treibstoffe für Maschinen und Motorsägen) emittiert, in der Holzverarbeitung 4.5 kg CO₂äq (z. B. Strom, Diesel für Maschinen, Entrinden, Trocknen) und in der Produktion und Nutzung rund 12 kg (z. B. Hilfsstoffe wie Mineralwolle oder PE-Dichtung). Beim Holzsessel sind es 0.2 kg im Wald, 0.4 kg während der Holzverarbeitung und rund 3.1 kg CO₂äq für die Produktion (z. B. Energie, Metallschrauben, Leim) und Nutzung. Das Heizen und die Warmwasserbereitstellung mit Pellets schlagen im gewählten Beispiel (Einfamilienhaus unsaniert, ein Jahr) mit Emissionen von etwa 1 Tonne CO₂äq im Wald, 1.9 Tonnen in der Holzverarbeitung und rund 1.6 Tonnen in der Produktions- und Nutzungsphase (z. B. Zustellung der Pellets, Strombedarf Pelletskessel) zu Buche (Tab. 1).

Vermiedene Emissionen durch Substitution und Koppelprodukte

Die durch genutzte Koppelprodukte (als Ersatz für fossile Brennstoffe) und Materialsubstitution vermiedenen Emissionen sind in Abb. 3 abgebildet. Im Falle des Wandaufbaus sind die Substitutionseffekte überwiegend auf den Ersatz von Normalbeton (C20/25 mit 1 Prozent Bewehrung) im funktional äquivalenten Referenzbauteil zurückzuführen. Rund 9 Prozent entfallen auf den Ersatz fossiler Brennstoffe in der Holzverarbeitung. Im System Wald wirkt
sich vor allem die Nutzung von Waldhackgut (aus Pflegemaßnahmen, Schlagabraum) als Ersatz für einen fossilen Referenz-Energiemix in der Wärmeversorgung positiv aus. Die stoffliche Nutzung von Nebenprodukten (z. B. SNP in Papier und Plattenindustrie) wurde explizit nicht berücksichtigt, da hierfür kein funktional äquivalentes Referenzprodukt definiert werden konnte (Papier hat z. B. in bestimmten Anwendungen kein Ersatzprodukt). Die Analyse des Holzmöbelstücks liefert in relativen Zahlen ähnliche Ergebnisse, wobei hier die Effekte der Materialsubstitution (durch ein funktional äquivalentes Kunststoff-Produkt aus Polypropylen) im gewählten Beispiel noch stärker ausgeprägt sind (62 Prozent der vermiedenen Emissionen).

Aufgrund der geringeren Lebensdauer (Annahme 20 Jahre) wurde sehr wohl eine Gutschrift für die energetische Verwendung am Lebensende (End of Life) verteilt, da im Fernwärme-Mix im Jahr 2040 noch von rund 20 Prozent Erdgasanteil ausgegangen wurde. In absoluten Zahlen belaufen sich die Substitutionseffekte bezogen auf 1 m² Wandaufbau auf –30 kg CO₂-Äquivalente im Wald (Waldhackgut als Ersatz für Heizöl), -7.8 kg in der Holzverarbeitung (Pellets ersetzen Heizöl, und Industriehackgut ersetzt Erdgas) und –48 kg in der Produktions- und Nutzungsphase (Ersatz von Normalbeton). Beim Holzsessel sind es –2.6 kg CO₂äq im Wald, –0.7 kg in der Holzverarbeitung, –7.3 kg in der Produktion und Nutzung (Ersatz von EU 28-PP-Granulat-Mix, inklusive Kunststoffverarbeitung) sowie –1.2 kg CO₂äq am Ende des Lebenszyklus (Müllverbrennung anstatt Fernwärme aus 20 Prozent Erdgas und 80 Prozent Erneuerbaren im Jahr 2040). Das Heizen mit Pellets zieht Substitutionseffekte von –12.9 Tonnen CO₂äq im Wald, –2.4 Tonnen in der Holzverarbeitung (SNP als Ersatz für fossile Brennstoffe, Industriehackgut als Ersatz für Erdgas) sowie –9.2 Tonnen in der Produktion und Nutzung nach sich.

Abb. 3: Wandaufbau und Holzmöbel sparen vor allem durch Substitution von Beton bzw. Kunststoff Treibhausgasemissionen ein, der Ersatz von Heizöl durch das Koppelprodukt Waldhackgut vermeidet zusätzlich Emissionen. Quelle: Strimitzer

Deutliche Nettoeinsparungen von Treibhausgasemissionen

Stellt man die Emission an CO₂-Äquivalenten den durch Material- und Energiesubstitution vermiedenen Emissionen gegenüber, so ergeben sich deutliche Netto-Einsparungen. Anders ausgedrückt: Pro emittiertem kg CO₂-Äquivalent werden gleichzeitig bedeutend mehr Emissionen verhindert: 4.5 kg CO₂äq im Beispiel des Holzbauteils, 3.2 kg im Beispiel des Holzsessels und 4.4 kg beim Heizen mit Pellets. Zusätzlich wird – wiederum bezogen auf die Emission von 1 kg CO₂-Äquivalent – CO₂ langfristig in Produkten gespeichert, etwa 3.5 kg CO₂ (für angenommene 20 Jahre) im Falle des Holzmöbelstücks und 7.8 kg CO₂ beim Wandaufbau (für angenommene 100 Jahre). Der Produktspeicher von Holzpellets ist verglichen damit sehr kurzfristig und wurde nicht berücksichtigt.

Fazit

In allen Beispielen sind die erzielten Vermeidungseffekte aus dem Ersatz fossiler Brennstoffe und von Referenzmaterialien deutlich größer als die tatsächlichen Emissionen. Die Holzverwendung führt demnach zu einer deutlichen Netto-Einsparung an Treibhausgasen. Viele Prozessschritte, von Pflegemaßnahmen und der Holzernte im Wald über die Logistik und Holzverarbeitung bis hin zur Güterproduktion, sind stark mechanisiert. Dies gewährleistet zwar eine effiziente Holzernte und -verwendung, allerdings bedingt der derzeitige Maschinenpark einen entsprechenden (fossilen) Kraftstoffeinsatz und damit CO₂-Emissionen.

Mittels technischer Lösungen wie z. B. Elektrifizierung oder alternative Kraftstoffe können diese Emissionen jedoch aus dem System eliminiert werden. Insbesondere beim untersuchten Bauprodukt und beim Holzmöbelstück zeigte sich, dass der Ersatz fossil-intensiv erzeugter Referenzprodukte einen wesentlichen Hebel zur Vermeidung von Emissionen darstellt. Gerade im Baubereich gibt es aufgrund global wachsender Ballungszentren einen hohen Bedarf an neuem Wohnraum. Holz als Bau- und Werkstoff sowie andere nachwachsende Rohstoffe können hier ganz im Sinne der Bioökonomie als wichtige Kohlenstoffsenken dienen, wenn die Rohstoffnutzung nachhaltig erfolgt und die Emissionen in der Vorkette minimiert werden. Zudem müssen sie langfristig eingesetzt werden, um ihren Kohlenstoff-Speichereffekt effektiv auszunutzen. Gleichzeitig können dabei zeitnah Produkte auf Basis von Erdöl, Kohle und Erdgas ersetzt werden, für die es absehbar noch keine klimafreundlichen Alternativen gibt.

Abschließend sei erwähnt, dass es zu kurz greift, den Wald und die Holznutzung bloß auf klimarelevante Aspekte zu reduzieren. Der bewirtschaftete Wald hat viele Funktionen und positive Wirkungen, die es durch eine nachhaltige Bewirtschaftung zu erhalten gilt.

Quellen

• Dipl.-Ing. Lorenz Strimitzer

Dipl.-Ing. Lorenz Strimitzer ist Head of Center Renewable Materials & Resources, Österreichische Energieagentur.

• Quelle: Broschüre Wald.Holz.Energie

Rechte & Produktion

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