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Waldwirtschaft und Umwelt (Fach) / Holz als Biorohstoff und Energieträger (Lektion)

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• Welche ultrastrukturellen Bereiche der Zellwand und welche Gerüstsubstanz werden sowohl beim mechanischen als auch beim chemischen Aufschluss hauptsächlich „angegriffen“, um aus dem Faserverbundwerkstoff Holz die einzelnen Fasern freizusetzen? Mittellamelle & Lignin(?)
• Nennen Sie Gründe für die Entrindung von Rundholz vor der Herstellung von Faserstoffen für die Papierherstellung. - deutliche chemische und strukturelle Unterschiede zwischen Holz und Rinde                        - geringer (Faser-) Gehalt im Vergleich zu Holz - Schäden an Maschinen (z. B. Sand in der Rinde) - Verminderung des Faserstoffweißgrads - erhöhter Verbrauch an Bleichchemikalien - hoher Aschegehalt der Rinde kann stark mit der Chemikalienrückgewinnung wechselwirken - dunkle Flecken auf dem Papierendprodukt
• Diskutieren Sie die Abhängigkeit der Faserschädigung und der Hackschnitzel-Imprägnierung mit Chemikalien von der Hackschnitzellänge. - Das Eindringen der Chemikalien ist im Wesentlichen von der Hackschnitzel-Länge abhängig: doppelte Länge = vierfache Imprägnierungszeit- Schäden an Holz u. Fasern sollten so gering wie möglich sein- HS-Größe ist immer ein Kompromiss zwischen mechanischer Faserschädigung und Chemikalienimprägnierung- Je kürzer der HS desto kürzer die durchschnittliche Faserlänge im HS.
• Vergleichen Sie die Vorgänge beim Holzschliff-Verfahren mit den Vorgängen beim Refiner-Holzstoff-Verfahrens während der Herstellung von Holzstoff. HolzschliffVerwendung von Rundholz guter Qualität und mit hoher Holzfeuchte. In Deutschland kommt fast aus-schließlich Fichte zum Einsatz. Mechanischer Aufschluss durch Pressen der entrindeten Holzprügel gegen den rotierenden Schleifstein, z. B. unter Atmosphärendruck RefinerVorbehandlung der Hackschnitzel mit Dampf bei > 70 °C unter atmosphärischem Druck. Hackschnitzel werden unter Druck durch das Zentrum des Refiners eingebracht und durch die Zentrifugalkräfte nach außen beschleunigt. Der Abstand der Mahlscheiben nimmt von innen nach außen ab.
• Vergleichen Sie das Kraft- und das sauer Sulfitverfahren hinsichtlich der aktiven Aufschlusschemikalien und der „Strategie“ der Ligninentfernung. KraftverfahrenAufschlusschemikalien: • Natriumhydroxid (NaOH) • Natriumsulfid (Na2S) Strategie: Starke Fragmentierung des Lignins mittels SH- und mehr freie phenolische OH-Gruppen führen zum Lösen der Fragmente in Alkali SulfitverfahrenAufschlusschemikalien: Hauptsächlich Einsatz im sauren Bereich (mit Mg2+ oder Ca2+). (wässriges Schwefeldioxid à SO2 unterschiedliche „Basen“ à Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+) Strategie: Erhöhung der Löslichkeit des Lignins durch Bildung von wasserlöslichen Lignosulfonaten/Lignosulfonsäuren. (nur geringe Fragmentierung)
• Beim Vergleich von Kraft- und Soda-Verfahren, welchen Effekt hat die Gegenwart von Hydrogensulfid auf die Delignifizierung und das Herauslösen von Kohlenhydraten? - mit Hydrogensulfid: höhere Delignifizierungsratebei Kraftaufschluss mit Na2S ànoch schneller- keine Auswirkung auf das Herauslösen von Kohlenhydraten
• Beschreiben Sie kurz, warum die Delignifizierung von Nadelholz schwieriger als die Delignifizierung von Laubholz ist. - Unterschiede in Holzaufbau und Ligninstruktur - Laubholz: GS- Lignin -> S-Bausteine: relativ geringe Quervernetzung
• Wie wirken sich bestimmte phenolische Inhaltsstoffe wie z. B. Taxifolin oder Pinosylvin auf den Sulfitaufschluss von Holz im sehr sauren Bereich aus? sie verhindern den (sehr) sauren Sulfitaufschluss, indem sie mit Lignin kondensieren
• Nennen Sie einen Holzinhaltsstoff oder eine Klasse von Holzinhaltsstoffen sowie damit verbundene Nutzungsmöglichkeiten und/oder technologische Herausforderungen. Harzsäuren: - Gewinnung von Harzsäuren/ Kolophonium durch Lebendharzung- Gewinnung von Harzsäuren/ Kolophonium als ein Bestandteil von Tallöl- Harz/Harzsäuren können zu Problemen beim Verkleben, Schleifen, Streichen usw. von Holz führen.- Harzsäuren könne zu Ablagerungen in der Papiermaschine/ auf dem Papier beitragen (pitch/sticky deposits).
• Die Nebenprodukte beim chemischen Aufschluss von Holz werden sowohl von der Rohstoffzusammensetzung als auch durch das Aufschlussverfahren beeinflusst. A: Die untenstehende Tabelle zeigt die typische Zusammensetzung der Kraftablauge (Schwarzlauge) nach dem Kraftaufschluss von Fichten- und Birkenholz. Erklären Sie jeweils kurz anhand der relativen chemischen Zusammensetzung von Nadel- und Laubholz die unterschiedlichen Gehalte an „Lignin“, „Essigsäure“ und „Terpentin“. - NH Ligningehalt: 27- 30%, LH nur 20- 25%- Terpentin v.a. in NH- Essigsäure: LH 10%, NH 5%
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• Die Nebenprodukte beim chemischen Aufschluss von Holz werden sowohl von der Rohstoffzusammensetzung als auch durch das Aufschlussverfahren beeinflusst. B: Nennen Sie einen Anwendungsbereich für Harzsäuren und einen Anwendungsbereich für Fettsäuren, welche beide als Nebenprodukte bei der Kraftzellstoffherstellung anfallen können. - Harzsäuren: Papierleimung, Druckfarben, Klebstoffe- Fettsäuren: zur Herstellung von waschaktiven Substanzen
• Vergleichen Sie, wie sich im Fall von Borregaard (Fichte, Ca-Bisulfit-Verfahren) und Lenzing (Buche, Mg-Bisulfit) die Holzart bzw. die Holzzusammensetzung und der eingesetzte Prozess auf die Nebenproduktverwertung auswirken. BorregaardRinde: energetische Nutzung Sulfitablauge: - Lignosulfonate: Dispergiermittel, Bindemittel - Hexosen: Ethanolherstellung - Binde- & Pelletionsmittel LenzingRinde: energetische Nutzung Sulfitablauge: - Pentosen:    - Xylose à Xylitol    - Essigsäure à Furfural - Energie, Chemiekalienrückgewinnung
• Nennen Sie die beiden prinzipiellen Arten der Faserstoffbleiche und erläutern Sie zudem Anwendungsbereiche, Zielsetzung sowie jeweils Vor- und Nachteile. Ligninerhaltende BleicheAnwendungsbereiche: Faserstoffe mit hohem Lignin-gehalt: • Holzstoffe • Halbzellstoffe • Hochausbeutezellstoffe • auch DIP (deinked pulp) Zielsetzung: Entfernung chromophorer Lig-ninstrukturen unter Erhalt des Lignins und hoher Ausbeute: Aufhellung des Faserstoffs - erzielbarer Weißgrad ist limitiert (65 – 85 % ISO) - starke Vergilbungsneigung unter Lichteinfluss + einfache Bleichtechnologie Ligninentfernende BleicheAnwendungsbereiche: Faserstoffe mit niedrigem Lignin-gehalt: • Vollzellstoffe • Chemiezellstoffe Zielsetzung: weitgehende oder vollständige Herauslösung des Lignins: selektive Weiterführung des Aufschlusses  + hoher Weißgrad erzielbar (85 – 90 % ISO und mehr) + gute Weißgradstabilität (lignin-frei) - hoher technologischer Aufwand für Kraftzellstoffe (im Gegensatz zu Sulfitzellstoffen!)
• Holzschliff, TMP und Zellstoff, unterscheiden hinsichtlich Faserstoffzusammensetzung und Faserstoffeigenschaften. A: Vergleichen Sie kurz die Zugfestigkeit von Holzschliff, TMP und Zellstoff (höchster, mittlerer, geringster Wert). ?
• Holzschliff, TMP und Zellstoff, unterscheiden hinsichtlich Faserstoffzusammensetzung und Faserstoffeigenschaften. B: Begründen Sie Ihre Entscheidung hinsichtlich der Zugfestigkeit in (A) basierend auf Ihren Kenntnissen zur Faserstoffherstellung und zur Faserstoffzusammensetzung. Führen Sie dabei für jeden der drei Faserstoffe mindestens zwei Argumente auf. Holzschliff:    - v.a. Mittellange Fasern                                                   - wenig lange Fasern mit vielen Bindungspunkten                                   - Mehlstoff hat keinen positiven Einfluss auf BindungTMP:         - viele lange Fasern                        - viele Bindungspunkt möglich                        - erhöhtes BindungspotentialZellstoff:   - 80% lange Fasern                        - viele Bindungspunkte                        - sehr geringer Mehlstoffanteil                        - höhere Mahlung steigert Zugfestigkeit 
• Warum haben Holzschliffe in der Regel eine deutlich höhere Opazität im Vergleich zu Zellstoffen? Opazität:- Maß für die Lichtundurchlässigkeit von Papier (nicht durchscheinend)- je höher die Lichtstreuung desto lichtundurchlässiger ist das Papier - Holzstoffe sind lichtundurchlässiger, weil            - steife, röhrenartige Fasern (Zellstoff: kollabiert, flexibel)            - weniger Langfasern àweniger Bindungen àhohe Lichtstreuung             - Mehlstoff die Lichtstreuung erhöht - Lignifizierte Holzstofffasern: ziemlich steif (schwieriger zu kollabieren)- Delignifizierte Zellstofffasern: ziemlich flexibel (einfacher zu kollabieren)
• Warum haben Zellstoffe in der Regel eine deutlich höhere Zugfestigkeit im Vergleich zu Holzstoffen? - Zellstoffe haben längere Fasern àmehr Bindungen- Zellstoffe haben höheren Mehlstoffanteil
• Welche holzanatomischen Unterschiede führen hauptsächlich dazu, dass Buchen-Zellstoff eine geringere Zugfestigkeit im Vergleich zu Fichten-Zellstoff aufweist? Nadelholz --> sehr homogen:90 – 95 % Tracheiden5 – 10 % Holzstrahlen, Längsparenchym und Epithelzellen (Harzgänge)Laubholz --> deutlich höhere Variabilität:20 – 40 % Gefäße40 – 60 % Libriformfasern u. Fasertracheiden10 – 30 % Holzstrahl- und Längsparenchym
• Diskutieren Sie den Einfluss der Rundholzlagerung in Rinde auf den Weißgrad des daraus hergestellten Holzschliffs. - Rinde enthält Taxifolin (v.a. bei Nadelbäumen)- diese tragen zu geringerem Weißgrad des Holzstoffs bei- Lagerung generell mindert Weißgrad- Aktivität von Mikroorganismen (z. B. Bläuepilze, Rotstreifepilze, Bakterien)- Diffusion von Gerbstoffen/phenolischen Substanzen aus der Rinde ins Splintholz- Verringerung des Entrindungsfähigkeit (z. B. unter 0 °C oder zu geringe Holzfeuchte), so dass mehr Rinde auf dem Rundholz verbleibt
• Nennen Sie Maßnahmen zur Verminderung von Weißgradverlusten bei der Lagerung von Rundholz für die Holzstoffherstellung? - Lagerung ohne Rinde (s. 17.)- Lagerung nicht in Jahresmitte (Sommer)- Lagerungszeitraum minimieren- hohe Holzfeuchte halten -> Verminderung des Pilzbefalls- frühzeitige Entrindung (zieht aber andere Probleme mit sich!)- bei niedrigen Temperaturen sind die Weißgradverluste automatisch geringer
• Chemiezellstoff ist ein Rohstoff für die stoffliche Nutzung der Cellulose. Nennen Sie zwei Beispiele für die Weiterverarbeitung von Chemiezellstoff und je ein wichtiges Anwendungsfeld für die beiden Beispiele. Viskose- Prozess: - Aktivierung (NaOH) - Derivatisierung (CS2) àCellulose löst sich in wässriger Natronlauge - Regeneration (Entfernung der Substituenten) Anwendung: Viskose (Textile Zwecke) NMMO- Verfahren: - direktes Lösen in NMMO/H2O -> homogene Lösung - Regeneration (H2O) Anwendung: Lyocell/ Tencel (textile Zwecke)
• Welche wesentlichen Unterschiede bestehen zwischen Chemiezellstoff und (Papier-) Zellstoff? - Hochwertige, gebleichte Zellstoffe, die sich für die chemische Weiterverarbeitung zu Celluloseprodukten und –derivaten eignen. - Im Vergleich zum Vollzellstoff (Papierzellstoff) sind fasermorphologische Eigenschaften (Faserlänge, Zellwanddicke…) nicht relevant. - Chemiezellstoff hat höheren Cellulosegehalt und höhere Reinheit
• Auf Basis von Chemiezellstoff wird Regeneratcellulose industriell entweder mittels Viskose oder NMMO Verfahren hergestellt. A: Stellen Sie kurz die wesentlich Prozessschritte des Viskose- und des NMMO- Verfahrens einander gegenüber. Viskose1. Chemiezellstoff 2. Aktivierung (NaOH) 3. Derivatisierung (CS2) 4. Regeneration (Entfernung der Substituenten) -> Viskose NMMO1. Chemiezellstoff 2. direktes Lösen in NMMO/H2O 3. Regeneration (H2O) -> Lyocell/ Tencel
• Auf Basis von Chemiezellstoff wird Regeneratcellulose industriell entweder mittels Viskose oder NMMO Verfahren hergestellt. B: Nennen Sie einen Anwendungsbereich für Regeneratcellulose. textile Zwecke: Kleidung, Heimtextilien und industrielle Textilien (auch in Kombination mit anderen Fasern)- Gutes Gefühl auf der Haut- Gute Einfärbung möglich- Gute Wasseraufnahme und -abgabe Faservliesstoffe für Haushalt, Hygieneartikel und medizinische Anwendungen- Absorption und Reinheit
• Beschreiben Sie kurz das Prinzip der Gewinnung von Kraftlignin aus der Schwarzlauge. 1. Erhöhung des Feststoffgehalts auf 30% (Teil der Chemikalienrückgewinnung)2. Verringerung des pHWerts durch Einleiten von CO2 -> Lignin fällt aus3. Entwässerung, Wäsche und Trocknung des Lignins
• „Zellstoff Stendal“ denkt darüber nach, sich eine LignoBoost Anlage zu installieren, um einen Teil des Lignins vor der Verbrennung der Schwarzlauge zu gewinnen. Nennen Sie zwei Gründe, welche dazu geführt haben könnten, dass „Zellstoff Stendal“ über diese Investitionsentscheidung nachdenkt - Entlastung der Chemikalienrückgewinnung, die oft ein Engpass der Kraftzellstoff-produktion ist. - zusätzliches Einkommen durch Einstieg in Ligninmarkt (hohes Potential)
• Nennen Sie drei unterschiedliche aktuelle oder potentielle Anwendungsfelder für die makromolekulare, stoffliche Nutzung von Lignin. - potentiell: Herstellung von Brennstoffen, Harzen & thermoplastischen Kunststoffen, Ersatz für Phenole - aktuell: CO2- neutrale Energieversorgung aus erneuerbaren Energien, Bindemittel- Energie / Kraftstoffe / Vergasungsprodukte (kurzfristige Realisierung)- Aromate, Phenol (langfristige Realisierung)- polymere Füllstoffe, Karbonfasern (mittelfristige Realisierung) - Karbonfasern – Phenolharze – Epoxidharze – Thermoplasten (Schuhabsatz)
• Welche Voraussetzungen müssen erfüllt werden, damit die Bezeichnung „Bioraffinerie“ verwendet werden darf? - nachhaltige Umwandlungsprozess von Biomasse in ein Spektrum vermarktbarer Produkte (Nahrung, Futter und Chemikalien) und Energie (Kraftstoff, Strom, Wärme) - komplexes und integriertes System von Prozessen und Anlagen in welcher Biomasse in eine Vielzahl von Produkten umgewandelt wird. Ein wesentliches Kennzeichen ist die vollständige Nutzung des eingesetzten Rohstoffes.
• Auf Holz basierende Bioraffinerien im industriellen Maßstab basieren bisher meistens auf dem Sulfit Verfahren. A: Warum dürfen gerade Sulfit Werke in bestimmten Fällen als Bioraffinerien bezeichnet werden? Nennen Sie mindestens zwei Gründe. - Gegenwärtig der effizienteste industrielle Prozess zur Auftrennung von Holz in seine Hauptkomponenten- keine Abfallprodukte, vollständige Verwertung
• Auf Holz basierende Bioraffinerien im industriellen Maßstab basieren bisher meistens auf dem Sulfit Verfahren. B: Nennen Sie zwei mögliche Maßnahmen, welche dazu beitragen, dass auch klassische Kraftzellstoff Werke in Zukunft öfter die Bezeichnung "Bioraffinerie" erhalten. - Hemicellulosen: Entfernung eines Teils der Hemicellulosen vor der Kochung (für die stoffliche Nutzung) - Lignin: Abtrennung eines Teils des Lignins vor Verbrennung der Schwarzlauge (für die stoffliche oder energetische Nutzung) - Schwarzlaugenverwertung/Chemikalienrückgewinnung: Umstellung der Schwarzlaugenverwertung auf Vergasungstechnologie - Rohtallöl: Alternative Umwandlung von Rohtallöl in Kraftstoff 
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• Vergleichen kurz Sie die beiden Ansätze „Bottom up“ und „Top down“ bei der Entwicklung bzw. Implementierung von Bioraffinerien. Bottom up- Erweiterung einer bereits vorhandenen Biomasseverarbeitungsanlage Top down- Neukonzeption von hoch integrierten Anlagen als Bioraffinerie zur (abfallfreien) Erzeugung einer großen Vielfalt unterschiedlichster Produkte für verschiedenartige Märkte
• Das Projekt „Lignocellulose Bioraffinerie“ verfolgt das Ziel Buchenholz mit Ethanol/Wasser aufzuschließen und die Zucker aus Cellulose und Hemicellulosen zu Bioethanol umzuwandeln. Eine Analyse der Kosten und Erlösen zeigt, dass der Verkauf des Bioethanols allein für den Gesamtprozess nicht kostendeckend ist. Erläutern Sie kurz die beiden entscheidenden Faktoren, welche im Fall der Analyse dieser „Lignocellulose Bioraffinerie“ dazu beitragen, dass der Gesamtprozess wirtschaftlich wird. - Verkaufspreis von Lignin müsste über den Ligninproduktionskosten liegen - hochwertige stoffliche Nutzung von Lignin ist unbedingt erforderlich - möglichst günstiger Einkauf des Buchenholzes 
• Bei der Zellstoffherstellung aus Holz (Endprodukt z. B. Papier) und der Vorbehandlung von Holz (Endprodukt z. B. Bioethanol) werden diese Prozesse mit unterschiedlichen Zielsetzungen eingesetzt. Nennen Sie jeweils die wesentliche unterschiedliche Zielsetzung der Zellstoffherstellung und der Vorbehandlung. PapierFokus: - Fasereigenschaften- niedriger Ligningehalt  Rohstoffanforderungen: - „gute“ Fasern- Eignung für den Aufschluss- Ausbeute BioethanolFokus: - gute enzymatische Hydrolysierbarkeit  Rohstoffanforderungen: - Cellulosegehalt- Eignung für Vorbehandlung (z.B. Ligningehalt)
• Erklären Sie kurz anhand der chemischen Zusammensetzung bzw. des Oxidationszustandes des Kohlenstoffs von Lignin und Glucose warum Lignin einen höheren Heizwert im Vergleich zu Glucose hat. - Oxidationsstufe der C- Atome ist entscheidend - Je geringer der Oxidationsstufe von C, desto mehr Energie kann durch Verbrennung freigesetzt werden. - je geringer die Oxidationsstufe des Moleküls, desto höher ist das effektive H/C-Verhältnis - „Lignin“, C5H6O2,125 -> eff. H/C-Verhältnis = 0,35 - Glucose, C6H12O6 -> eff. H/C-Verhältnis = 0
• Berechnen Sie das effektive H/C Verhältnis von Glucose (C 6 H 12 O 6 ), Ethanol (C 2 H 6 O) und Methan (CH 4 ). Was sagt das effektive H/C Verhältnis über die Wärmeenergie aus, welche jeweils durch Verbrennen der drei Substanzen freigesetzt werden kann? H/C-Verhältnis = [n(H)-2n(O)] / n(C) - Glucose: (12 – 2*6) / 6 = 0 - Ethanol: (6 – 2*1) / 2 = 2 - Methan: (4 – 2*0) / 1 = 4 -> je höher das effektive H/C- Verhältnis, desto mehr Energie wird frei
• Beschreiben Sie kurz die kalorimetrische Brennwertbestimmung von Holz. - Einwaage der Probe und Einbringung in die Bombe - Bombe wird mit O2 unter Druck gefüllt, verschlossen und in Wasser (ca. 25°C) versenkt - Durch elektrische Zündung wird die Verbrennungsreaktion ausgelöst - Freigesetzte Wärme erhöht die Temperatur des Wassers - Mithilfe der Temperaturveränderung kann der Brennwert Ho berechnet werden
• Warum entsteht auch bei der Verbrennung von absolut trockenem Holz Wasserdampf? - Wasserstoffgehalt der Biomasse (führt zu Menge an „Verbrennungswasser“) - Reaktionsprodukt der Verbrennung (-> Wasserstoff der Biomasse atro)
• Der Heizwert von 1 kg extraktfreiem, absolut trockenem Fichtenholz unterscheidet sich vom Heizwert von 1 kg extraktfreiem, absolut trockenem Buchenholz. Welches Holz weist hier den höheren Heizwert auf und worauf ist dies zurückzuführen? - je höher der Lignin- und Extraktstoffgehalt, desto höher ist der Energiegehalt von Holz- Heizwert von Fichtenholz ist höher àNadelholz hat mehr Lignin
• Abgesehen von der chemischen Zusammensetzung von Holz, welcher Parameter hat in der Praxis den höchsten Einfluss auf den Heizwert? - Wassergehalt - je höher der Wassergehalt, desto niedriger der Heizwert
• Erläutern Sie den Unterschied zwischen Brennwert Ho und Heizwert Hu. - Brennwert: Einbeziehung der Kondensationswärme des im Abgas befindlichen Wasserdampfes- Heizwert: Ohne Berücksichtigung der Kondensationswärme
• Der Heizwert von Fichte (atro) beträgt Hu(wf) = 18,8 MJ /kg. Berechnen Sie den Heizwert Hu von Fichte bei einem Wassergehalt von w = 15 %. Die Verdampfungswärme von Wasser beträgt dabei 2,44 MJ /kg. Der Rechenweg muss nachvollziehbar sein. - Fichte: Hu(wf) = 18,8 MJ/kg- w = 15% - Verdampfungswärme Wasser = 2,44 MJ/kg Formel: [Hu(wf)*(100-w)-(2,44*w)] / 100Rechnung: Hu = [18,8*(100-15)-(2,44*15)] / 100  = 15,614
• Der Heizwert von Buche (atro) beträgt Hu(wf ) = 18 MJ/kg. Berechnen Sie den Heizwert Hu von 1 m³ Buche mit einem Wassergehalt w = 25 %. Die Darrdichte von Buche beträgt 600 kg/m³. Die Verdampfungswärme von Wasser ist 2,44 MJ/kg. Der Rechenweg muss nachvollziehbar sein. - Buche: Hu(wf) = 18 MJ/kg- w= 25%- Verdampfungswärme Wasser = 2,44 MJ/kg- Darrdichte Buche = 600 kg/m³- 1fm atro = 600kg- 1fm nass = 600kg / 0,75  = 800kg Rechnung:Hu(wf) für 600kg atro: 600kg * 18 MJ/kg = 10.800 MJWasseranteil: 800 * 0,25 = 200 kgVerdampfung: 200kg * 2,44 MJ/kg = 488MJHu(w=25%) = 10.800 MJ – 488 MJ = 10.312 MJ
• Es gibt zahlreiche „Stellschrauben“ (z.B. Maßnahmen, Einrichtungen, Ergänzungen) im, am und außerhalb des Kessels, mit denen sich die Jahresemissionen eines Heizsystems auf Basis eines Scheitholz-Heizkessels auf ein möglichst geringes Maß bringen lassen. Nennen Sie mindestens 6 „Stellschrauben“ und was sie jeweils bewirken. Denken Sie auch über den Kessel und über Holz hinaus!  -Holz: rasches Spalten -> beschleunigt Trocknung - Holz: an windexponierten, sonnigen Plätzen lagern (richtige Lagerung) -> schnelle Trocknung - Ofen: Optimierung der Verbrennungsbedingungen -> ideale O2- Zufuhr -> reduziert schädlich Emissionen - Ofen: Einbau von Gewebefiltern/ Elektrofiltern -> geringerer Emissionsausstoß - Pufferspeicher: längerer Volllastbetrieb, weniger An- & Aufheizen -> weniger Schadstoffe - Holz: Stücke ähnlicher Größe, „sauberes“ Holz (keine Imprägnierungen, etc.) - Solarthermie: erspart Anheizen im Sommer für geringe Menge Warmwasser  
• Pellets sind ein komfortabler Brennstoff. Welche Prozesse auf dem Weg vom Rohholz bis zum Pellet im Ofen des Einfamilienhauses bedürfen besonders viel Energieeinsatz? Wie kann der Einsatz von fossiler Energie auf dem Weg vom Rohholz bis zum Pellet im Ofen verringert werden? - Energieverbrauch für Rohholzgewinnung -> Holzernte, Transport- Energie für Mahlen & Pressen -> Herstellung- sehr hoher Energieverbrauch für Trocknung - Reduzierung: -> Transport trockener Biomasse (->geringere Masse)-> Hacken und Pressen um Transportdichte zu erhöhen-> Verwendung von Abfallprodukten (SNP, etc.)-> regionale Rohstoffe -> Transportstrecke verringern
• Was wird im Zusammenhang mit Holzverbrennung unter „Wirkungsgrad“ verstanden? Führen Sie die Wirkungsgrade (grobe Anhaltswerte) folgender Systeme der Wärmebereitstellung auf: Offener Kamin, moderner Pellet-Kessel, Scheitholz-Kaminofen. - tatsächlich Heizleistung, die bei Holzverbrennung übrig bleibt, nachdem Wärme (z.B. durch Schornstein) verloren geht - offener Kamin: 5- 20% - Pelletkessel: 85- 95% - Scheitholzkaminofen: 40- 85%
• Was wird in der Diskussion um Luftreinhaltung allgemein unter „Feinstaub“ verstanden? Welche Partikelgrößen sind für die menschliche Gesundheit besonders gefährlich und warum? - Feinstaub: Rauch- & Staubpartikel unter 10µm Größe - PM 2,5 àSchadstoffe (Schwefeloxide, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ozon, SO2, CO3, NO2) lagern sich an Partikel anàPartikel so klein, dass sie in Lunge und Blut wandern - Krebserregend, Nervensystembeeinträchtigung, Atemprobleme, Lungenbeeinträchtigungen (Asthma)
• Lässt sich die Beteiligung von Holzverbrennung am Feinstaub in der Luft nachweisen? Wenn nein, warum nicht? Wenn ja, über welche typische Substanz? Ja! - vorwiegend „Submicron-Partikel (< 1 μm)- Ruß
• Verbrennung von Holz: Nennen und beschreiben Sie drei Arten von Filtern, mit denen Partikel aus Abluftströmen herausgefiltert werden können. Welches System ist heute in großen Biomasse-Feuerungsanlagen am weitesten verbreitet und zugleich am effektivsten? - Gewebefilter: feine mechanische Barriere zum Feinstoff auffangen (Metall, Textil) - Elektrofilter: elektrostatische Abscheidung von Partikeln & Gasen - CarolaCleanAir (CCA) Feinstaubabscheider: Partikel werden elektrisch aufgeladen -> lagern sich auf Bürste ab -> werden aufgefangen -> v.a. in großen Biomasse- Feuerungsanlagen, da wenig Wartung und Energie
• Was bedeutet der Begriff „Torrefizierung“ von Holz? Vergleichen Sie die Eigenschaften von „normalem“ und torrefiziertem Holz (ohne konkrete Zahlenangaben). Gehen Sie dabei auch auf Aspekte ein, die für Transport und Lagerung wichtig sind. - Torrefizierung: thermische Behandlung (200- 300° C) von Holz ohne Sauerstoff - pyrolytische Zersetzung & Trocknung - Erhöhung der Energiedichte (Heizwert pro kg erhöht sich), da in Holz gebundenes O2 reduziert wird -> günstiger Transport (mehr Energie/ Volumen)-> keine Pilzdegradation (Lagerung)-> weniger hygroskopisch (Lagerung)
• Welche Phasen der Verbrennung laufen nacheinander ab? Ordnen Sie den Phasen ungefähre Temperaturbereiche zu. - Aufheizung, Trocknung: 0- 200°C - Pyrolytische Zersetzung: 200- 600°C (λ = 0) - Vergasung: 500- 1.000 °C (0 < λ < 1) - Oxidation: 700- 1.200°C (λ > 1)-> zunehmender Oxidationsgrad

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