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Aus der verfahrenstechnischen Beschreibung wird deutlich, dass Holzkohle mit sehr unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden kann. Die Meilerverfahren zeichnen sich dabei durch sehr geringe Investitionen und einen problemlosen Be — trieb aus. Fachpersonal mit spezifischen Kenntnissen ist praktisch nicht erforder — lich. Die hoch technisierten indirekt und direkt beheizten Retortenverfahren sowie die sonstigen "High-Tech"-Verfahren dagegen erfordern hohe Anlageninvestitio — nen, gut ausgebildetes Fachpersonal sowie standige Wartung und Instandhaltung.
Die bei den Meilerverfahren durch die Freisetzung von groBen Mengen an Py — rolysegasen auftretenden z. T. erheblichen Umweltbelastungen und der hohe Be — darf an Arbeitskraften haben dazu gefuhrt, dass die Meilerverkohlung heute nur noch in Landern mit einem sehr niedrigen Lohnniveau und geringen Umweltstan — dards (d. h. keine oder nur sehr tolerante behordliche Vorgaben zur Luftreinhal — tung) realisiert wird.
In den Industrielandern Europas und Nordamerikas mit teilweise sehr weitge — henden Umweltschutzvorgaben ist deshalb die Produktion von Holzkohle nach dem Meilerverfahren in den letzten Jahrzehnten drastisch zuruckgegangen. Wei- terhin ist auch die Nachfrage nach Holzkohle fur industrielle Zwecke wesentlich niedriger als fruher. Die vor Jahren noch als Reduktionsmittel eingesetzte teure Holzkohle wurde mehr und mehr durch Ersatzstoffe wie beispielsweise RuB er — setzt, weshalb sich die Produktion von Holzkohle im Wesentlichen auf die Herstel — lung fur den Consumer-Markt reduziert hat.
Hinzu kommt, dass indirekt und direkt beheizte Retortenverfahren mit einem geschlossenen System (d. h. ohne Gewinnung von Nebenprodukten) technisch aufwandig und damit teuer sind. Bedingt durch die niedrigen Preise fur Holzkohle auf dem Weltmarkt in den vergangenen Jahren erscheint vor diesem Hintergrund der wirtschaftliche Betrieb von umweltgerechten Holzverkohlungsanlagen in hoch technisierten Landern derzeit kaum moglich. Bestehende, bereits abgeschriebene Anlagen werden zwar in einem gewissen Umfang weiterbetrieben; Neuanlagen werden jedoch kaum verwirklicht. Die einzige in Deutschland derzeit betriebene industrielle Holzverkohlung ist heute wirtschaftlich nur deshalb tragfahig, weil dort einerseits eine Anlage bereits existiert und andererseits die "Nebenprodukte" Essigsaure und Raucharomen einen wesentlichen Beitrag zur Rentabilitat leisten.
Der uberwiegende Teil der weltweit produzierten Holzkohle wird deshalb in Entwicklungs — oder Schwellenlandern nach dem Meilerverfahren hergestellt. Holz — kohle ist folglich auf dem Weltmarkt zu gunstigen Preisen verfugbar und wird deshalb nach Europa uberwiegend importiert. Diese Situation wird sich voraus — sichtlich erst dann grundlegend verandern, wenn auch in Schwellen — und Entwick — lungslandern eine weitergehende Umweltgesetzgebung eingefuhrt wird; dies hatte die Konsequenz, dass die Meilerverkohlung auch in diesen Landern nicht mehr realisiert werden darf und dadurch zu erwarten ist, dass der Holzkohlebrennstoff nicht mehr so kostengunstig verfugbar ist — mit allen damit verbundenen sozialen Folgen, da Holzkohle in diesen Landern insbesondere fur die armeren Bevolke — rungsteile immer noch ein wesentlicher Energietrager z. B. zur Zubereitung von Mahlzeiten darstellt.
Charakterisierung. Holzkohle besteht im Wesentlichen aus fixiertem Kohlenstoff und Asche. Die fluchtigen Bestandteile sind chemisch gebundener Sauerstoff und Wasserstoff, die bei Temperaturerhohung als Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und — dioxid oder hoherwertige Kohlenwasserstoffe aus der Kohle entweichen kon — nen. Teilweise ist in der Kohle noch Teer enthalten.
Holzkohle ist ein kapillar-poroses Gut, welches in nicht unerheblichem Umfang Wasser aufnehmen kann. Deshalb darf beispielsweise der Wassergehalt von Grill — holzkohle oder Holzkohlebriketts 8 % nicht ubersteigen /12-27/.
Form und GroBe der Holzkohle hangen neben der StuckgroBe des Kohlgutes entscheidend vom gewahlten Verkohlungsverfahren und den jeweiligen Prozess — bedingungen ab. Auch sind die Anforderungen an die Kornung je nach Verwen — dungszweck unterschiedlich. Die Dichte der Holzkohle ist dabei direkt abhangig von der Dichte des Ausgangsmaterials; Kohlgut mit hoher Dichte ergibt eine Holzkohle mit hoher Dichte.
Der Anteil an fixiertem Kohlenstoff ist eine wichtige Qualitatseigenschaft von Holzkohle. Je nach Verwendungszweck werden unterschiedliche Anteile an fixier — tem Kohlenstoff gefordert. Beispielsweise muss fur Grillholzkohle nach DIN 51 749 /12-26/ der fixierte Kohlenstoffanteil bei uber 80 % bezogen auf die was — serfreie Holzkohle liegen; fur Holzkohlebriketts werden mindestens 65 % gefor — dert.
Der Aschegehalt von Holzkohle hangt zum uberwiegenden Teil vom verwende — ten Ausgangsmaterial und dessen Verschmutzungsgrad ab. Beispielsweise darf fur Grillholzkohle nach DIN 51 749 ein Aschegehalt von 4 % bezogen auf die wasser — freie Holzkohle nicht uberschritten werden; fur Holzkohlebriketts werden 15 % gefordert.
Im Rahmen der europaweiten Angleichung der vorhandenen Normen wurde eine Norm EN 1860-2:2005 erarbeitet, in der die Grenzwerte fur Grillkohle auf ei — nen Kohlenstoffgehalt von 75 % und der erlaubte Ascheanteil auf 8 % verandert wurden, da die Werte der DIN 51 749 in vielen Fallen von der Meilerkohle auf dem Markt nicht eingehalten werden konnten /12-26/. Im Gegenzug wurde von der Industrie eine eigene Qualitatsvorschrift "DIN plus" aufgestellt; hier wurde der Kohlenstoffgehalt auf 83 % heraufgesetzt und der zulassige Aschegehalt der Grill — holzkohle auf 2 % begrenzt, um die qualitativen Unterschiede der Verfahren auch nach auBen hin sichtbar machen zu konnen /12-29/.
Energetischer Wirkungsgrad. Der energetische Wirkungsgrad einer Holzkohle — herstellung kann wegen der unterschiedlichen Bautypen erheblich schwanken. Im
Mittel liegt er aber bei vorhandenen Anlagen innerhalb einer Bandbreite zwischen rund einem Drittel bis zwei Funftel bezogen auf den Heizwert der eingesetzten Festbrennstoffe. Zusatzlich andern sich aber auch weitere den Brennstoff kenn — zeichnende GroBen (u. a. Gewicht, Volumen) (Abb. 12.19).
Produktion. Weltweit werden mehr als 43 Mio. t Holzkohle (2006) primar in Entwicklungs — und Schwellenlandern erzeugt /12-94/. Aufgrund der Datenunsi — cherheit, insbesondere hinsichtlich der Holzkohleproduktion in diesen Landern, muss jedoch davon ausgegangen werden, dass diese Menge eher eine mogliche Untergrenze darstellt. Demgegenuber wird in den Landern der Europaischen Union (EU) Holzkohle nur noch in wenigen Anlagen hergestellt. Dies ist zum einen auf die Osterweiterung der EU mit der gleichzeitigen Ubernahme der (hohen) Umweltstandards auch in Osteuropa und zum anderen ebenso auf einen Mangel an kostengunstig verfugbarem Holz als Rohstoff zuruckzufuhren. Der Wegfall dieser in Europa produzierten Mengen wird durch Importe aus Landern ohne entspre — chende Umweltschutzgesetzgebung ausgeglichen.
Nutzung. Holzkohle wird seit mindestens 38 000 Jahren produziert und wird heute noch in vielen Entwicklungslandern als primarer Energietrager zum Kochen be — nutzt /12-7/. Daruber hinaus wird sie in groBen Mengen als Reduktionsmittel — und damit stofflich — in der metallurgischen Industrie verwendet; beispielsweise erfor — dert auch die Herstellung von Silizium aus Silica groBe Mengen an Holzkohle /12-5/.
Abb. 12.20 zeigt die Einsatzmoglichkeiten von Holzkohle. Dabei wird zwischen einer energetischen und stofflichen Verwertung unterschieden; beide Optionen werden nachfolgend diskutiert.
Energetische Nutzung. Der groBte Teil der weltweit produzierten Holzkohle wird energetisch primar als — im Vergleich zu Holz relativ sauberer (praktisch rauch — freier) — kompakter Brennstoff zur Zubereitung von Speisen genutzt. Deshalb ist Holzkohle neben Brennholz in einigen Landern der Dritten Welt ein wichtiger Energietrager hauptsachlich fur die eher armeren Teile der Bevolkerung. In den hoch industrialisierten Staaten beschrankt sich die energetische Nutzung von
Holzkohle auf deren Verwendung als Grillkohle im Freizeitbereich und in der Gastronomie. Hier wird neben stuckiger Holzkohle vielfach Holzkohle in Form von Holzkohlebriketts verwendet; letztere werden aus dem bei der Holzkohleher — stellung zwangslaufig anfallenden Feingutanteil unter Verwendung von Bindemit — teln (z. B. Starke) hergestellt. Allein in Deutschland werden 150 000 bis 160 000 t/a Holzkohle zu Grillzwecken eingesetzt.
Stoffliche Nutzung. Der Verwendung von Holzkohle als Reduktionsmittel im Be — reich der Erzverhuttung und Metallurgie stellt einen Ubergang zwischen der ener — getischen und der stofflichen Verwertung dar; Holzkohle wird hier wegen ihres hohen Kohlenstoffgehalts und dem niedrigen Asche — und Schwefelgehalt ge — schatzt. In Brasilien basiert ein groBer Teil der Eisenerzindustrie u. a. deshalb auch heute noch auf der Verwendung von Holzkohle. Jahrlich werden hier mehrere Millionen Tonnen Holzkohle speziell fur diesen Zweck hergestellt. Das Aus- gangsmaterial stammt aus Eukalyptus-Plantagen und/oder aus der Abholzung von Naturbestanden. Da an Holzkohle fur metallurgische Zwecke hohe Anforderungen hinsichtlich fixiertem Kohlenstoffanteil, Reinheit (Aschegehalt), Stuckigkeit und Druckfestigkeit gestellt werden, kommen dafur zum uberwiegenden Teil mittel — schwere bis schwere Laubholzarten zum Einsatz. In Europa wird Holzkohle indus — triell nur noch vereinzelt genutzt. An vielen Stellen wird die Holzkohle weitgehend durch andere (fossile) Kohlenstoffe (z. B. RuB) ersetzt, da dieser kostengunstiger ist; nur bei hochwertigen Produkten wie beispielsweise kleineren Kupferschmelzen wird Holzkohle zur Abdeckung der Schmelzen verwendet.
In der chemischen Industrie wurde Holzkohle lange Zeit als Ausgangsmaterial fur die Herstellung von Schwefelkohlenstoff, Natriumzyanid und Carbid verwen-
det. Heute werden diese chemischen Substanzen jedoch meist auf andere Weise kostengunstiger hergestellt /12-32/.
Der wichtigste Bereich fur die stoffliche Verwertung von Holzkohle ist deren Verwendung zur Herstellung von Aktivkohle. Aufgrund der kapillarporosen Struk — tur von Holz weist auch Holzkohle bereits im nicht aktivierten Zustand eine groBe innere Oberflache auf. Wird durch eine sogenannte Aktivierung Wasserdampf oder Kohlenstoffdioxid durch gluhende Holzkohle (800 bis 1 000 °C) geleitet, kann ihre innere Oberflache um ein Vielfaches vergroBert werden. Durch eine zusatzliche chemische Aktivierung mit einer Vielzahl von Zuschlagstoffen kann die innere Oberflache zusatzlich weiter vergroBert werden. Solche Aktivkohlen werden in groBem Umfang u. a. zur Filtration, Purifikation und Entfarbung einge — setzt. Aber auch bei der Herstellung von Aktivkohle wird auf Holzkohle aus kos — tengunstigen Ersatzstoffen (z. B. Kokosnussschalen) zuruckgegriffen. Zusatzlich hat insbesondere bei der Wasseraufbereitung Holzkohle als sogenannte Filterkohle weltweit groBe Bedeutung erlangt. Holzkohle wird daruber hinaus in Zigarettenfil — tern, in der Medizin und in einer Vielzahl weiterer Anwendungsbereiche eingesetzt /12-46/, die benotigten Mengen sind jedoch vergleichsweise gering.