Holz aus der Landschaft sinnvoll nutzen

Lohnt sich die Nutzung der Weggehölze in der Landschaft?

Im Auftrag der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft (FAWF) Rheinland-Pfalz in Trippstadt, wurden in den letzten Jahren mehrere Projekte bearbeitet, die sich mit der Nutzung von Gehölzen aus der Landschaft befassten. Der nachfolgende Beitrag stellt eine gekürzte Zusammenschau ausgewählter Ergebnisse dieser Arbeiten dar.

Der stetig wachsenden Weltbevölkerung, ihren Bedürfnissen und der industriellen Entwicklung sowie dem daraus resultierenden höheren Bedarf an Energie steht die Endlichkeit fossiler Energieressourcen gegenüber. Da nach Expertenaussagen ein Ende der förderfähigen fossilen Energieressourcen in den nächsten 100 Jahren im Bereich des Möglichen liegt, müssen neben einem bewussteren und sparsameren Umgang mit konventionellen Energiequellen auch erneuerbare wie holzhaltige Biomasse, Wind, Wasser oder Sonnenkraft verstärkt genutzt werden.

Für die Energiegewinnung aus holzhaltiger Biomasse kann dabei insbesondere Altholz, Industrie- und Waldrestholz sowie Landschaftspflegeholz genutzt werden. In diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff Landschaftspflegeholz die gesamte holzhaltige Biomasse verstanden, die außerhalb geschlossener Waldbestände bei Pflegearbeiten oder landespflegerischen Maßnahmen an Straßen- und Feldrändern, entlang von Bahnlinien oder bei der Gewässerrandpflege und vergleichbaren Eingriffen anfällt sowie das Material aus Maßnahmen in Naturschutzgebieten oder anderen naturschutzfachlich wichtigen Landschaftselementen.

Bisher keine Potenzialstudie vorhanden

Im Gegensatz zu Alt- und Industrierestholz wird Landschaftspflegeholz allerdings bislang nicht in dem Maße genutzt, wie es aus ökologischer Sicht geboten und aus ökonomischer Sicht angebracht wäre. Ein Grund hierfür ist, dass bislang keine, oder nur relativ globale Untersuchungen zur Ermittlung des konkreten Potenzials an Landschaftspflegeholz existieren, dass also nicht bekannt ist, welcher Biomasseanfall aus dieser Quelle in einem konkreten Gebiet zu erwarten ist. Problematisch ist, dass die Heterogenität der Gehölztypen, aus denen Landschaftspflegeholz anfallen kann, eine einfache systematische Erfassung und Abschätzung des Biomasseanfalls erschwert. Lassen sich Waldbestände mit forstlichen Methoden leicht messen und damit die möglichen Einschlagsmengen bestimmen, ist dies bei den verschiedenen Gehölztypen der freien Landschaft auf Grund ihrer stark variierenden Strukturen, wie Strauchform oder Stockausschläge, und Formen nicht möglich. Zusätzlich erweist sich eine Potenzialabschätzung auf Grund unvollständiger und unsicherer Flächen- und Zuwachsbestimmung als schwierig und fehlerhaft. Globale, verwendungsseitige Hochrechnungen für Rheinland-Pfalz zeigen jedoch, dass der Beitrag von Landschaftspflegeholz zur Energieerzeugung mit theoretisch anfallenden 397 bis 483 GWh pro Jahr bereits heute nicht unerheblich ist und mittelfristig deutlich gesteigert werden könnte.

Ein weiterer Grund für die bislang geringe Nutzung von Biomasse aus der Landschaftspflege zur Energieerzeugung ist, dass über die Qualität dieses Materials bislang nur wenig bekannt ist. So ist beispielsweise unklar, ob der Fein- und Überlängenanteil von Hackschnitzeln im Vergleich zum Waldrestholz tatsächlich höher liegt, oder ob die Belastung von Straßenbegleitgrün mit Schwermetallen unter Umständen eine Verwendung des Materials einschränkt. Um die Nutzung des Materials (zumindest teilweise) kostendeckend zu gestalten, ist darüber hinaus der Einsatz geeigneter Maschinen und Bereitstellungssysteme notwendig. Auch hier fehlen allerdings bis heute gezielte Untersuchungen und Übersichten, welche Maschinen und Systeme am Markt verfügbar sind sowie die Vor- und Nachteile der jeweiligen Systeme. Diese unklare und unübersichtliche Situation erschwert eine prozessorientierte Verfahrensoptimierung sowie eine verlässliche Wirtschaftlichkeitskalkulation. Zudem beeinflussen die technischen Nutzungsmöglichkeiten und organisatorische Zuständigkeiten in hohem Maße die tatsächliche Verfügbarkeit dieses Materials.

Die Ziele dieses Projekts stellen sich – aufbauend auf der eingangs skizzierten Problemstellung – wie folgt dar: Abschätzung des Potenzials an Landschaftspflegeholz für ein Modellgebiet im Landkreis Kaiserslautern bzw. einem bestimmten Abschnitt der Bundesautobahn (BAB) 6. Dazu wurden im selben Projektgebiet durch die Professur für Fernerkundung der Fakultät für Waldökologie und Forstwirtschaft der Universität Göttingen die Gehölztypen in der freien Landschaft sowohl terrestrisch (GPS) als auch mit Hilfe von Luftbildauswertungen nach Lage (Koordinaten) und Flächenausdehnung erfasst, dokumentiert und die Struktur der auf diesen Flächen aufwachsenden Biomasse – gegliedert nach Gehölztypen im Anhalt an die bereits vorliegende Biotopkartierung – dargestellt.

Für die Autobahnbegleitgehölze wurden abweichend von der Biotoptypenkartierung acht verschiedene Gehölztypen –in diesem Fall Straten genannt- ausgewiesen. Darauf aufbauend wurde im vorliegenden Projekt der Biomasseanfall von den als nutzungswürdig bestimmten Gehölztypen auf experimentellem Wege durch praktische Ernteversuche bestimmt. Durch Kombination des durchschnittlichen Biomasseanfalls pro Gehölztyp mit den Ergebnissen der Gehölztypenkartierung (Flächenausdehnung) konnte so die potenziell im Projektgebiet aus der freien Landschaft anfallende Biomasse bestimmt werden. Darüber hinaus wurde die Qualität der Hackschnitzel (Feuchtegehalt, Stückigkeit, Brennwert, Asche- und Schwermetallgehalt) analysiert.

Wie viel Biomasse fällt theoretisch an?

Tabelle 1 zeigt das theoretische Potenzial an Biomasse aus Landschaftspflegeholz im Projektgebiet der Gemeinde Weilerbach. Deutlich ist zu erkennen, dass der Gehölztyp „Baumhecke“ aufgrund seiner absoluten Größe von mehr als 11 ha mit knapp 3 800 Srm auch hinsichtlich des absoluten Biomasseanfalls den größten Anteil einnimmt. Die Gehölztypen „Gehölzstreifen“ und „Vorwald“ sind sowohl hinsichtlich ihrer flächenmäßigen Ausdehnung als auch hinsichtlich ihres Massenanfalls vergleichbar, während die Gehölztypen „Ufergehölz“ und „Strauchhecke“ nur einen sehr geringen Anteil zum Biomasseanfall aus Landschaftspflegeholz im Projektgebiet beitragen.

Ausgehend von einem Gesamtanfall von 5 898 Srm und einem 30-jährigen Pflegeturnus ergibt sich im Projektgebiet ein durchschnittlicher jährlicher Massenanfall von insgesamt 196,6 Srm (67 t), der bei Nichtberücksichtigung möglicher Vorgaben oder Restriktionen nachhaltig genutzt werden könnte. Die Gesamtenergiemenge, die im Projektgebiet aus Landschaftspflegeholz gewonnen werden könnte, liegt bei einem Brennwert von 19,03 MJ/kg und einem theoretischen Gesamtanfall von 2009 t bei 10 620 MWh oder 1,06 GWh. Bei einem theoretischen Massenanfall von 67 t pro Jahr ergibt dies eine mögliche nachhaltig verfügbare energetische Ausbeute von 354,2 MWh pro Jahr. Damit könnten jährlich immerhin mehr als 35 000 l Heizöl sub­stituiert werden (1 l Heizöl = 10 kWh, LWF, 2003). Überträgt man den Biomasseanfall des Projektgebiets (1 090 ha) auf das gesamte Gemeindegebiet (7 200 ha), so wäre hier mit einem theoretischen Gesamtanfall von zirka 39 000 Srm oder 1 300 Srm/Jahr zu rechnen, womit insgesamt über 233 000 l Heizöl durch Hackschnitzel aus Landschaftspflegeholz ersetzt werden könnten.

Theoretisches Biomassepotenzial an der BAB 6: Geht man davon aus, dass die einzelnen stratifizierten Gehölztypen in gleichen Anteilen am Bewuchs beteiligt sind, ergibt sich ein Mittelwert von 0,0756 Srm/m² (= 756 Srm/ha). Die durchschnittliche Breite des Bewuchses beträgt 10,71 m. Von den 168 km Randstreifen (84 km von Waldmohr nach Ludwigshafen x 2 Seiten) sind 120,29 km bewachsen. Die Fläche der Böschung beträgt somit 127,15 ha, das heißt es sind zum jetzigen Zeitpunkt 96 097,4 Srm zu ernten. Pflegemaßnahmen, die während oder nach der Untersuchung stattfanden, wurden dabei nicht berücksichtigt.

Qualität produzierter Hackschnitzel

Insgesamt betrachtet erscheint der ermittelte Biomasseanfall an der Autobahn im Vergleich zu anderen Untersuchungen zu hoch. Die Gründe sind möglicherweise der geringe Stichprobenumfang, die geringe Größe der einzelnen Stichprobenflächen (5 x 5m) sowie die nicht repräsentative Auswahl der Stichprobenflächen. Die Wassergehalte der Hackschnitzelproben von sechs Versuchsflächen schwanken zwischen 38 bis 51 Prozent.

Grundsätzlich muss darauf hingewiesen werden, dass Wassergehalte nur sehr schwer miteinander vergleichbar sind, da sie sehr stark von der Witterung und der Jahreszeit sowie der Lagerungsdauer, der Baumart und der Stärke des Materials abhängen. Grundsätzlich ist eine Trocknungszeit von bis zu drei Monaten zum Beispiel entlang der Straße sehr zu empfehlen, da damit die Trocknung vor dem Hacken im Vergleich zur Mietenlagerung der Hackschnitzel deutlich schneller und darüber hinaus ohne Schimmelbildung abläuft (Hartmann et al., 2005). Die Einstufung der Hackschnitzelproben nach den Wassergehalten der prCEN/TS 14961 ergibt für fünf der sechs Proben die Klasse M 55. Damit sind die produzierten Hackschnitzel als nicht lagerungsfähig einzustufen. Lediglich die Hackschnitzel einer Versuchsfläche sind in die Klasse M 40 einzustufen und sind damit begrenzt lagerungsfähig. Dies ist vor allem vor dem Hintergrund der aktuellen Forschungsergebnisse von Scholz et al. (2006) interessant, der bei feldfrischen Hackschnitzeln mit Wassergehalten zwischen 50 bis 60 Prozent dazu rät, diese nicht länger als ein bis zwei Wochen in unbelüfteten Haufen zu lagern, um so die Trockenmasseverluste und Schimmelpilzbildung in Grenzen zu halten. Darüber hinaus haben eigene Umfragen ergeben, dass der von Heiz(kraft)werken durchschnittlich gewünschte Wassergehalt bei 42 Prozent liegt, bei einer Bandbreite von 25 bis 55 Prozent (Cremer et al., 2005). Legt man den Durchschnittswert dieser Untersuchung zugrunde, hätte somit die Hälfte der Hackschnitzel einen für eine direkte energetische Verwendung zu hohen Wassergehalt und müsste zumindest mit anderem, trockenen Material gemischt werden, um in den Heiz(kraft)­werken eingesetzt werden zu können.

Die Ergebnisse der untersuchten Autobahnbegleitgehölze unterscheiden sich nicht wesentlich. Zusammenfassend lässt sich konstatieren, dass die Wassergehalte beider Teiluntersuchungen gerundet zwischen 40 und 50 Prozent variieren und sich damit in bekanntem Rahmen bewegen. Die Fraktionierung des Hackgutes ist sehr differenziert zu betrachten und in den beiden Ergebnisberichten detailliert nachzulesen. Die Ergebnisse lassen sich nur begrenzt vergleichen, da verschiedene Hackertypen und bei den Autobahngehölzen sogar ein Schredder eingesetzt wurde. Grundsätzlich weist jedoch das Hackgut von der Autobahn einen höheren Feinanteil auf. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Wahl des richtigen Hackertyps und der richtigen Norm in hohem Maße von der Anlagentechnik der Hackschnitzelfeuerung abhängig ist.

Vergleicht man den Durchschnittswert der Landschaftsgehölze von 19 033 J/g mit den Brennwerten anderer Untersuchungen, ergibt sich das in Grafik 1 gezeigte Bild. Farblich gelb unterlegt ist der in Weilerbach ermittelte durchschnittliche Wert von 19 033 J/g oder 19,03 MJ/kg. Weidenholz im Kurzumtrieb wurde als Vergleichswert mit aufgeführt, da solche Gehölze der typischen durchmesserschwachen Struktur von Landschaftspflegehölzen ähneln. Die Brennwerte von Biomasse aus Strauchschnitt scheinen generell niedriger anzusiedeln zu sein als die des restlichen Landschaftspflegeholzes, was durch die in dieser Arbeit gemachte Messung auf einer Fläche mit einem Brennwert von 18,8 MJ/kg nicht bestätigt werden kann. Der durchschnittliche Brennwert über alle Straten der Autobahngehölze beträgt 18 229 J/g, was sehr gut in den Rahmen der Grafik nebenan passt.

Aschegehalte sind gering

Die Aschegehalte der Hackschnitzelproben liegen im Durchschnitt bei 1,2 Prozent und damit deutlich unter den von QM tolerierten Maximalgehalten von 3 Prozent für Wald- und Sägerestholz und sogar 10 Prozent für Landschaftspflegeholz (QM, 2004). Der vergleichsweise hohe Rindenanteil von Landschaftspflegeholz macht sich in diesem Fall also nicht bemerkbar. Der durchschnittliche Aschegehalt über alle Straten der Autobahngehölze liegt bei rund 5 Prozent mit einem Maximum von 9,8 Prozent bei Stratum IIa und einem Minimum von rund 3 Prozent bei Stratum III/b. Damit werden die Grenzwerte von QM sicher eingehalten.

Schwermetallgehalte: Die Untersuchungsergebnisse zu den Schwermetallgehalten sind in Tabelle 3 dargestellt. Damit befinden sich alle Proben mit Ausnahme von Chrom und Nickel bei den Autobahngehölzen von Bosch und Pelz (2006) in dem von Sauerbeck (1989; in Unger und Prinz, 1992) angegebenen Bereich der Normalgehalte von Pflanzen. Bezüglich der Schwermetallgehalte in Hackschnitzeln aus Landschaftspflegeholz existieren keine gesetzlichen Einschränkungen. Grundsätzlich spielt der Schwermetallgehalt der Hackschnitzel dennoch eine große Rolle, vor allem im Hinblick auf die Entsorgung der bei der Verbrennung anfallenden Asche (siehe FVA, 2002). Die Problematik der Schwermetallgehalte in Aschen in Verbindung mit der Wiederausbringung der Aschen im Wald soll an dieser Stelle jedoch nicht näher behandelt werden. Bereitstellung von Energieholz: Grundsätzlich werden drei Verfahren zur Ernte und Bringung von Energieholz unterschieden - (Motor-) manuelle Verfahren, - teilmechanische Verfahren, - vollmechanisierte Verfahren.

Auf die Darstellung der Ernteverfahren wird in dieser Zusammenschau bewusst verzichtet, da sie den Rahmen dieses Beitrages überschritte. Aufgrund fehlender Informationen über das Potenzial und die Qualität von Landschaftspflegeholz wird dieses bis heute nur in sehr geringem Maße zur Energieerzeugung eingesetzt. Deshalb wurde im vorliegenden Projekt ein praxisorientierter Ansatz zur Abschätzung des theoretisch vorhandenen sowie des tatsächlich verfügbaren Potenzials an Landschaftspflegeholz zur energetischen Verwertung in einer definierten Region – nämlich in der Gemarkung Weilerbach – untersucht, in Verbindung mit einer Untersuchung der Qualität der erzeugten Hackschnitzel.

Zusätzlich wurde eine Übersicht über Maschinensysteme speziell zur Durchführung von Landschaftspflegemaßnahmen erstellt. Zur Potenzialabschätzung wurden in einem Partnerprojekt von Kleinn et al. (2005a) in der Gemeinde Weilerbach (622 ha Offenlandschaft) die dort vorhandenen Gehölztypen der freien Landschaft (18 ha) sowohl terrestrisch (GPS) als auch mit Hilfe von Luftbildauswertungen nach Lage und Form kartiert und im Anhalt an die Biotopkartierung von Rheinland-Pfalz klassifiziert. Darauf aufbauend wurde in diesem Projekt das durchschnittliche Biomassevolumen pro Gehölztyp in praktischen Versuchen erfasst und durch anschließende Kombination mit den Ergebnissen der Gehölztypenkartierung das potenziell im Projektgebiet aus der freien Landschaft anfallende Biomassevolumen bestimmt.

Auf Basis dieser Methode, mit der auf unkomplizierte Weise in Zukunft auch für andere Regionen das Biomassevolumen der freien Landschaft differenziert abgeschätzt und lokalisiert werden kann, wurde für die Gemeinde Weilerbach ein Gesamtanfall an Hackschnitzeln zur energetischen Verwertung von zirka 5 900 Srm ermittelt. Dabei schwankt dieser Anfall in Abhängigkeit vom Gehölztyp zwischen 185 bis 421 Srm/ha und liegt im Durchschnitt bei 326 Srm/ha. Bei Berücksichtigung der vielfältigen Vorgaben und Restriktionen, die bei einer Nutzung dieser Flächen berücksichtigt werden müssen reduziert sich das Volumen der tatsächlich verfügbaren Biomasse auf zirka 3 900 Srm, die bei einem aktuellen Eingriff geerntet werden könnten. Die Qualität der erzeugten Hackschnitzel ist für Heizwerke akzeptabel, weder die Wassergehalte noch die ermittelten Brennwerte zeigen Auffälligkeiten, zum Beispiel im Vergleich mit Waldholz. Lediglich aufgrund eines hohen Feinanteils konnte die Norm QM Holzheizwerke nicht erfüllt werden. Die Schwermetallgehalte im Holz lagen trotz der vielfach vorhandenen Nähe zu stark befahrenen Straßen auf dem Niveau von naturbelassenem Holz aus anderen Quellen. Das Hauptaugenmerk bei Landschaftspflegearbeiten sollte auf einem ausreichenden Massenanfall je Maßnahme sowie auf einer möglichst hohen Vorkonzentration des Hackmaterials liegen.

Autobahnbegleitgehölze der BAB 6

Im Rahmen des Klimaschutzes und der Zukunftsvorsorge setzt das Land Rheinland- Pfalz in der Energieversorgung auf einen möglichst hohen Anteil an regenerativen Energieträgern. Straßenbegleitgrün, das bisher entweder gehackt und auf der Böschung belassen oder aber kompostiert wurde, stellt für eine energetische Nutzung in diesem Kontext ein interessantes Potenzial dar, das in entsprechenden Veröffentlichungen bislang quantitativ und qualitativ nur grob beschrieben und nur in geringem Umfang wissenschaftlich untersucht wurde. Bezogen auf den rechnerisch ermittelten Zuwachs der beteiligten Holzarten mit Hilfe von Algorithmen aus der Wachstumskunde sowie mit Hilfe einer Plausibilitätsprüfung anhand der empirisch angefallenen Mengen in den Probeflächen kann bei einem sicherungstechnisch vertretbaren Pflegeturnus von zehn Jahren von einem nachhaltig nutzbaren Volumen an holziger Biomasse von zirka 28 m³ (75,7 Srm) je Hektar ausgegangen werden. Mit dieser Menge könnte eine Hackschnitzelheiz­anlage mit einer Leistung von 400 kW ein Jahr lang betrieben werden. Bei einem Anbau schnellwachsender Baumarten, der einer groben Einschätzung insbesondere der Erschließungssituation zufolge auf zirka 30 Prozent der Böschungsfläche des untersuchten AB-Abschnitts möglich wäre, könnten bis zu 90 m³/ha oder 240 Srm geerntet werden.

Die ermittelte Brennstoffqualität entspricht zwar nicht der von Waldhackschnitzeln, kann aber trotzdem als gut eingeschätzt werden. Ein Literaturverzeichnis kann entweder vom Verfasser angefordert oder den Originalberichten entnommen werden.

Dr. Hubert W. Fischer und Michael Jochum, Abteilung Arbeitswirtschaft und Forstnutzung bei der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz