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Waldwirtschaft und Umwelt (Subject) / Holz als Biorohstoff und Energieträger (Lesson)

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• Warum sind hohe Kaliumanteile bei der Verbrennung von Biomasse in großen Biomassefeuerungen unerwünscht? - Kalium als Staub- & Aschebilder (VL 12 Thermische Konversion, S.74) - je mehr Asche, desto geringer der Heizwert -?
• Definieren Sie die Begriffe „Endenergie“, „Primärenergie“ und „Primärenergiefaktor“ und beschreiben Sie jeweils ein Beispiel dafür. Endenergie:Energie, die beim Verbraucher (Haushalte, Industrie, Gewerbe, Verkehr) am Gebäude bzw. am „Zähler“ ankommt.Bsp.: Brennstoffe, Kraftstoffe, Strom Primärenergie:Direkt in der Natur vorkommende Energieträger.Bsp.: Erdöl, Stein- und Braunkohle, Erdgas, Uran, erneuerbare Energiequelle (Holz) Primärenergiefaktor:Verhältnis zwischen eingesetzter Primärenergie und erzeugter EndenergieBsp.: Strommix 2017: 2,8
• Warum ist die Aussage „mit Holz heizen ist CO2-neutral“ nicht ganz zutreffend? - richtige Holzverbrennung an sich ist CO2- neutral, aber Holzernte, Transport, etc. emittieren ebenfalls CO2 -> muss mit eingerechnet werden -?
• Was bedeutet der Begriff „Kaskadennutzung“ im Zusammenhang mit energetischer Nutzung von Holz? - Strategie, Rohstoffe oder daraus hergestellte Produkte in zeitlich aufeinander folgenden Schritten so lange, so häufig und so effizient wie möglich stofflich zu nutzen und erst am Ende des Produktlebenszyklus energetisch zu verwerten - Nutzungskaskaden, von höheren zu niedrigeren Wertschöpfungsniveaus - Rohstoffproduktivität wird gesteigert
• Was wären die wirtschaftlichen Auswirkungen einer vermehrten „Kaskadennutzung“? - mehr verfügbare Holzrohstoffe (Gebrauchtholz) auf dem Markt- höhere Wertschöpfung, mehr Arbeitsplätze- CO2- Bindung- hohe CO2- Einsparung durch Substitution
• Was ist der grundlegende Unterschied zwischen der Holzrohstoffbilanz (z.B. nach Mantau) und der Holzaufkommensmodellierung der Bundeswaldinventur? - Holzrohstoffbilanz bezieht Altholz, SNP´s, etc. (Kaskadennutzung) mit ein, Holzaufkommensmodellierung nicht -?
• In was für Feuerungsanlagen wird als Brennstoff überwiegend a) Altholz, b) Waldrestholz und c) Scheitholz eingesetzt? a). Altholz: Feuerungsanlagen > 1 MW Leistungb). Waldrestholz: Feuerungsanlagen < 1 MW Leistungc). Scheitholz: Holzheizungen in Privathaushalten
• Erläutern Sie eine Bereitstellungskette Ihrer Wahl für Waldhackschnitzel – vom Baum bis zur Feuerung. -> hochmechanisierte Bereitstellungskette mit Hacken auf der Waldstraße Fällen/ Vorliefern -> Rückung -> Hacken -> Transport
• Welchen Wert hat der Umrechnungsfaktor von Schüttraummeter mit Rinde in Erntefestmeter ohne Rinde. Geben Sie ein einfaches Rechenbeispiel. - Schüttraummeter in Festmeter x 0,4.- 5 Srm x 0,4 = 2Fm
• Der Energiegehalt von Buchenholz verringert sich mit zunehmendem Wassergehalt (WG). Warum fällt diese Verringerung in kWh/kg wesentlich stärker aus als in kWh/m³? - Dichte von Wasser deutlich höher als die von 1fm Holz - mehr Wasser àdeutlich mehr Massezunahme als Volumenzunahme - je mehr Wasser, desto geringer Energiegehalt - fällt bei Massebetrachtung durch hohe Dichte mehr ins Gewicht
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• Schreiben und erläutern Sie stichwortartig die Berechnungsformeln für den Wassergehalt und für die Holzfeuchte. Wassergehalt = (im Holz enthaltene Wassermasse) / (Gesamtmasse des feuchten Holzes)-> Wassermenge in Relation zu Gesamtgewicht inklusive Wasser Holzfeuchte = (im Holz enthaltene Wassermasse) / (Masse des trockenen Holzes)                          -> Wassermenge in Relation zu Gewicht des Holzes ohne Wasser
• Was sind die Vor- und Nachteile des Hackens von Waldrestholz auf der Waldstraße? Vorteile: - bessere Auslastung des Hackers (Produktivität) durch Vorkonzentration in Poltern- größerer Einsatzradius & schnelleres Umsetzen der Maschinen- Entkopplung der Teilarbeiten- Vortrocknung möglich Nachteile: - Rücken ist kostenintensiv- hoher Platzbedarf an Waldstraße- hoher Qualitätsanspruch an die Waldstraße- sehr hohe Anforderungen an Logistik
• Bei welchen Rohholzsortimenten besteht zwischen der energetischen und der stofflichen Nutzung eine Nutzungskonkurrenz, bei welchen Sortimenten im Normalfall nicht? - Nutzungskonkurrenz: Industrieholz - keine: Waldrestholt, Stammholz
• Nennen Sie vier wichtige Makronährstoffe, die im Holz enthalten sind. In welchen Baumkompartimenten sind diese Nährstoffe in überdurchschnittlichen Anteilen vertreten? - Stickstoff (N), Kalium (K), Calcium (Ca), Magnesium (mg), Phosphor (P) - Rinde & Feinreißig
• In welchem Baumkompartiment ist der Makronährstoff Calcium in besonders hohen Anteilen vertreten? Rinde
• Welche Vor- und Nachteile hätte eine Entrindung des Nadelholzes im Bestand statt im Werk? Beantworten Sie die Frage umfassend und interdisziplinär. Vorteile: - wichtige Nährstoffe aus Rinde bleiben in Bestand (P, Ca, Mg, K)- wirken Versauerung/ Verarmung des Bodens entgegen- Unternehmen müssen nicht selbst entrinden- Holz trocknet schneller- weniger Käferbefall an Poltern Nachteile:- geeignete Maschinen (+Personal) mit hoher Produktivität nötig -> teuer- Verschlechterung der Stammholzqualität durch Beschädigung des Entrindungsvorgangs- falls Entrindung nur auf Rückegasse: Nährstoffkonzentration dort Ob Entrinden im Bestand aus ökologischer Sicht Sinn macht, hängt von mehreren Faktoren ab:- Art & Intensität der Holznutzung- Höhe & Verfügbarkeit der Nährstoffe im Boden- Nachlieferung dieser aus Verwitterung & Atmosphäre & Auswaschung mit dem Regenwasser.
• Von welchen Faktoren hängt die sogenannte Nährstoffnachhaltigkeit auf einem bestimmten Standort ab? - Vorräte in Boden & Bestand- Auswaschung durch Sickerwasser (v.a. Ca, Mg, N)- Nachlieferung aus natürlicher Verwitterung, Bodenbildung- Nachlieferung über atmosphärischen Eintrag (N)- Entzug (Nährstoffe in genutzten Baumkompartimenten)-> technische Einbringung von Nährstoffen
• Was versteht man im Zusammenhang mit Bioenergie unter der „Rückführung von Nährstoffen“? - Waldrestholz im Wald belassen, v.a. Rinde und Nadeln (Fi/Ta/Dgl) àCalcium!! - Entrindung + Zuführung von Rindenanteil in Waldbestände
• Welche Aschefraktionen entstehen bei der Verbrennung von Biomasse? Welche Fraktionen sind für die Nährstoffrückführung geeignet/ungeeignet und warum sind sie geeignet/ungeeignet? - Grobasche (60- 90 Gew%)- Zyklonflugasche (10- 35 Gew%)- Feinstflugasche (2- 10 Gew%)- geeignet:  - Grobasche (Rostasche) nach Prüfung!-> v.a. Nährstoffe, sehr wenig Schwermetallanteile-> Voraussetzung: Ascheanalyse in Verbindung mit Standortanalyseungeeignet:- Flugaschen (Filteraschen) àerhöhter Schwermetallgehalt
• Erläutern Sie, in welcher Form und mit welchem technischen Verfahren Nährstoffe zurückgeführt werden können. - Waldkalkung: Helikoptereinsatz, bzw. Gebläseaufbau auf Schlepper- Entrindung: Rückführung über Baggereinsatz o.ä.- Häckseln: Häckselgut wird wieder in den Wald geblasen
• Welche konkreten forstlichen Maßnahmen können Sie ergreifen, sofern auf einem Waldstandort durch die aktuelle Nutzung die Nährstoffnachhaltigkeit nicht mehr gegeben ist? - Entrindung im Bestand- Waldrestholz im Wald belassen- Nährstoffrückführung über Waldkalkung- Alt- und Totholzanteil erhöhen
• Ihr Nachbar möchte einen Scheitholzkessel installieren und dazu Holz aus seinem eigenen Wald verwenden. Geben Sie ihm sinnvolle Tipps zum Einschlag, zur Trocknung und zur Lagerung. - Einschlag so bemessen, dass Holzvorrat 2 Jahre trocknen kann & ausreichend Scheitholz vorhanden ist Trocknung:- Einschlag in Winterhalbjahr- rasches Spalten -> beschleunigt Trocknungan windexponierten & sonnigen Platz lagern, trockener Untergrund- Optimal: unter Dach/ luftig abgedeckt- Abstand zur Wand & zum Boden (gute Luftzirkulation) Prozess:Holzernte -> Transport -> Verarbeitung (Sägen, Spalten) -> Lagerung [-> Transport zum Kunden/ Abholung/ Selbstwerber]
• Sie möchten für einen Brennholzscheit von einem Meter Länge den Wassergehalt repräsentativ bestimmen. Was sind geeignete Stellen, was sind ungeeignete Stellen? Warum sind manche Stellen ungeeignet? - geeignet: bei ca. ¼ und ¾ der Länge des gespaltenen Meterscheites - ungeeignet: Stirnseiten -> dort schnellere Trocknung/ geringere Holzfeuchte
• Erläutern sie die aktuelle wirtschaftliche Situation von (Heiz)Kraftwerken, die auf Altholzbasis betrieben werden. - rund 70 große Althol- Kraftwerke ab 2000- Grundlaststrom (Ø 7.800 h/a), teilweise Wärmeabgabe (Fernwärme)- 800 MW Dauerleistung (Grundlast)- verbrennen rund 6 Mio. t behandeltes/belastetes Altholz - 2020 Auslaufen der EEG- Förderungen- Unsicherheit- wichtige Rolle bei Energiebereitstellung & Altholverwertung
• Warum stößt die stoffliche Verwertung von Altholz auf Vorbehalte? - Viel Altholz ist mit Schadstoffen belastet und kann somit auch nicht mehr stofflich verwendet werden - Altholz ist oft sehr schwer zu trennen, viel Aufwand, sehr teuer - Preis für Altholz schwankt stark
• Nennen Sie die Vorteile der stofflichen Verwendung von Altholz in der Spanplattenindustrie. Grund: niedriger Einkaufspreis für Holzrohstoff - Geringere Feuchte (als Frischholz) -> spart Energiekosten für Entrindung, erste Zerkleinerung und vor allem Trocknung - nicht an der Holzmarkt gekoppelt - nachhaltig
• Welche Altholzkategorien gibt es? Nennen Sie pro Altholzkategorie zwei Beispiele von Holzprodukten/Sortimenten, die in diese Kategorie fallen. Kat. 1 - unbehandeltes Massivholz, Holzverpackungen, Paletten Kat. 2 - Leimholzplatten, Spanplatten, OSB-Platten Kat. 3 - Möbel mit PVC-Kanten/ PVC-Beschichtungen Kat. 4 - mit Steinkohlenteerölen imprägnierte Leitungsmasten, Bahnschwellen, behandelte Konstruktionshölzer, Fenster, Außentüren, Zäune PCB - Altholz - behandelte Hölzer und bestimmte (Akustik-) Dämmplatten
• Erläutern Sie das Konzept der Holzascherückführung (u.a. für welche Brennstoffe, welche Aschearten, Ablauf, Vorteile, Risiken). Flugasche (syn. Filterasche, Fein- und Feinst-Asche) Problematische Inhaltsstoffe bzw. Schadstoffe v.a. Pb, Cd, Zn, Cr, Cu, Ni Grobasche oder Rostasche Grobasche kann wieder ausgebracht werden, stark basische Wirkung.Ziel ist Kreislaufwirtschaft- nur Aschen aus Verbrennung unbehandelter Biomasse- kein verklebtes, beschichtetes, lackiertes, imprägniertes etc. Holz!- Analyse der Aschen auf Nährstoff- und Schadstoffgehalte!- Rückführung unbelasteter Grobasche an Ort der Herkunft („Wald“), gemischt mit Kalk, im Rahmen der Bodenschutzkalkung
• Wie ist „Feinstaub“ definiert, welche Gesundheitsschäden werden durch Feinstaub verursacht und warum wird Feinstaub im Zusammenhang mit privaten Kleinfeuerungsanlagen so heftig diskutiert? Welche Möglichkeiten gibt es, den Feinstaubausstoß aus Kleinfeuerungsanlagen zu reduzieren? - Feine Staub- oder Rauchpartikel der Größe < 10 µm - Besonders PM 2,5, welches besonders gefährlich ist, entsteht in den Kleinfeuerungsanlagen im gleichen Umfang wie im Verkehr - Feinstaub gar nicht entstehen lassen: z.B.-> trockener, homogener Brennstoff-> Verbrennungsluft-> Vorwärmung-> Optimierung der Primär-/Sekundärluftverteilung-> optimale Vermischung Brennstoff/Gas/Luft - Feinstaub auffangen-> durch Gewebefilter (Metall, Textil)-> (durch (einfache) Elektrofilter)
• Altholz (syn.: Gebrauchtholz) spielt heute bei der stofflichen und energetischen Verwertung von Holz eine große Rolle. A: Charakterisieren Sie die 4 Hauptkategorien des Altholzes. Welche Kategorien kommen für eine stoffl. Verwertung in Frage, welche für eine energetische? Kat. 1-2 (evtl. 3) -> für stoffliche Verwertung Kat. 1-4 -> für energetische Verwertung PCB- Altholt -> Sondermüllverbrennung
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• Altholz (syn.: Gebrauchtholz) spielt heute bei der stofflichen und energetischen Verwertung von Holz eine große Rolle. B: Geben Sie insgesamt 4 Beispiele für Holzwerkstoffe, bei denen in Deutschland Altholz eingesetzt wird oder nicht eingesetzt wird. Geben Sie jeweils die Gründe für den Einsatz oder Nicht-Einsatz an. ?
• Nennen Sie 6 auf Holz basierende Stoffe, die in einem mengenmäßig bedeutenden Umfang für Energiezwecke eingesetzt werden. Ordnen Sie diesen Stoffen den oder die hauptsächlichen Ort(e) der Verwendung zu (z.B. private Kleinfeuerungen, BiomasseHeizkraftwerke). - Scheitholz: private Kleinfeuerungen und Heizkessel - Qualitätspellets: hauptsächlich private Kleinfeuerungen und Heizkessel aber auch große BHKW möglich - Industriepellets: große Kraftwerke zur Stromerzeugung - Hackschnitzel: BHKW - Altholz: Spezielle Verbrennungsanlagen mit Filter und Verstromung - Schwarzlauge: intern im Betrieb
• Herr Schlosser möchte auf seinen landwirtschaftlichen Flächen Kurzumtriebsplantagen (KUP) anlegen, um seinen Hof nachhaltig mit Biomasse zu versorgen. Er besitzt bereits eine etwas größere Biomasse-Heizanlage für die Stallungen und das Wohnhaus, mit der er seinen jährlichen Wärmebedarf von 27.000 kWh decken kann. Die Anlage besitzt einen Gesamtwirkungsgrad von 90 %. Die Böden, die ihm zur Verfügung stehen, sind gut wasserversorgt und nährstoffreich, so dass KUP-Erträge von 12 t atro/ha/a zu erwarten sind. Der Energiegehalt der Pappelkulturen beträgt im Mittel 5 kWh kg atro-1. Welche Fläche muss Herr Schlosser jährlich mit KUP bewirtschaften, um seinen Jahresbedarf an Biomasse decken zu können? Bitte stellen Sie einen nachvollziehbaren Rechenweg dar. 27 000 kWh : 0,9 = 30 000 kWh 12 000 kg/ha x 5kWh/kg = 60 000 kWh/ha 30 000 kWh : 60 000 kWh/ha = 0,5 ha
• Ein Bauer möchte eine Kurzumtriebsplantage anlegen und das Holz zur Versorgung seiner Hackschnitzelheizung nutzen. Beraten Sie ihn ausführlich (von der Bodenvorbereitung bis zur Ernte) und stellen Sie ihm zwei Bereitstellungsketten vor. Was sind aus Sicht des Bauern die Vor- und Nachteile der von Ihnen vorgeschlagenen Ketten? - Nur sinnvoll auf Standort mit ausreichender Nährstoffverfügbarkeit und Niederschlag über 300mm/a - Acker erst komplett Umbrechen, dann Pflanzung als Stecklinge, Reihenabstand 1,5 -3 m bei Einzelreihen - Am Anfang muss die Begleitvegetation bekämpft werden
• Definieren Sie - im Zusammenhang mit der Holzverwendung – den Begriff „Kaskadennutzung“. Geben Sie ein Beispiel für eine tatsächlich stattfindende Kaskadennutzung - Strategie, Rohstoffe oder daraus hergestellte Produkte in zeitlich aufeinander folgenden Schritten so lange, so häufig und so effizient wie möglich stofflich zu nutzen und erst am Ende des Produktlebenszyklus energetisch zu verwerten - Nutzungskaskaden, von höheren zu niedrigeren Wertschöpfungsniveaus - Rohstoffproduktivität wird gesteigert - Verpackungsholz àSpanplatte (theoretisch öfter möglich) àenergetische Nutzung - Spanplatte aus 100% Altholz wäre möglich aber aktuell etwa 30% 
• Ihr Nachbar möchte für sein großes, neues Zweifamilienhaus einen mit Scheitholz befeuerten Heizkessel beschaffen. Erläutern Sie ihm, warum Pufferspeicher und Solarthermie sinnvolle ergänzende Komponenten sind und wie groß der Pufferspeicher sein sollte. - Pufferspeicher: sinnvolle Kombination: mind. 35/50/80 Liter/kW Leistung; d.h. für Einfamilienhaus 400-1000 l Zweck:- Kessel kann längere Zeit im günstigen Volllastbetrieb gefahren werden- weniger Anzündvorgänge, weniger Aufheiz-/Abkühlverluste weniger Schadstoffe Solarthermie:Warmwasser im Sommer kann damit erzeugt werden ohne, dass der Ofen wegen kleineren Wärmemengen angefahren werden muss.
• Diskutieren Sie die Wärmeenergieträger Scheitholz, Pellets und Waldhackschnitzel bezüglich ihrer üblichen Verwendung in Süddeutschland, des Energieeinsatzes zur Bereitstellung der Brennstoffe frei Haus, der Wirkungsgrade bei der Verbrennung, der Baukosten der Heizungsanlagen und der Brennstoffkosten – gern stichwortartig und in tabellarischer Form. (siehe Tabelle) siehe Tabelle

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