Mittwoch, 03. Juni 2020

Mit Holz den Klimawandel begrenzen?

Mit einfachen Abschätzungen selbst ein Bild gewinnen

Kreis Holzminden (02.01.20). In den letzten Monaten hat die Diskussion um den menschengemachten Klimawandel deutlich an Fahrt gewonnen. Erstaunlicherweise hat eine sechzehnjährige Schülerin aus Schweden in erheblichem Umfang dazu beigetragen. Ob es einen Klimawandel gibt, wird an dieser Stelle nicht mehr hinterfragt, zu deutlich sind die Belege, die die Wissenschaft in den letzten Jahren zusammen getragen hat. In diesem Kontext wurde auf die vielleicht wichtige Rolle des Einsatzes von Holz hingewiesen. Holz bindet das Treibhausgas CO2 und vermag dieses über längere Zeit zu speichern. Ob Holz das Wundermittel schlechthin ist, wie eine kürzlich erschienene Studie angibt, können wir mit eigenen grundlegenden Überlegungen aus Physik, Chemie und Ingenieurwissenschaften selbst beurteilen.

Wie groß ist das Problem?

Der Siegeszug der fossilen Brennstoffe wurde vor etwa 150 Jahren durch die industrielle Revolution eingeleitet. Es folgte eine gewaltige Explosion des Verbrauches für Mobilität, Heizung und Elektrizitätserzeugung. Kohle, Erdöl und Erdgas sind deshalb so erfolgreich, weil bei ihnen sehr viel Energie auf kleinem Volumen chemisch gespeichert ist.

Die chemisch gespeicherte Energie wird durch Verbrennung mit Luft als Wärme frei und treibt über Wärme-Kraftmaschinen beispielsweise Autos und Generatoren zur Stromerzeugung an. Bei der Verbrennung reagiert der Kohlenstoff des Brennstoffes mit dem Sauerstoff der Luft zu Kohlendioxid (CO2), das sich in der Atmosphäre anreichert und als Treibhausgas wirkt.

Wir beobachten bereits einen deutlichen Temperaturanstieg in einem noch nie dagewesenen kurzen Zeitraum und das auf globaler Ebene.

ZDF: Zahlen, Daten,
Fakten

Neben dem stark vermehrten Einsatz von Wind, Sonne und Biomasse sowie drastischen Einsparmaßnahmen wurde vorgeschlagen, durch globale Aufforstung und damit Bildung von Holz den weiteren CO2-Anstieg zu begrenzen. Hierzu ein paar Fakten:

• Holz besteht zu 50 Prozent aus Kohlenstoff.

• Die Dichte beträgt rund 500 kg/m3 , also ist Holz nur halb so schwer wie Wasser.

• Ein Kubikmeter Holz enthält  250 kg Kohlenstoff.

• Pro kg Kohlenstoff werden 3,67 kg CO2  gebunden

• 1 Kubikmeter Holz bindet 918 kg CO2,  also rund eine Tonne.

Wesentlicher Fakt: Ein
Kubikmeter  Holz bindet eine Tonne CO2

Abbildung 1 zeigt, dass wir aktuell 10 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, also knapp 40 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr durch Holz binden müssen. Dann hätten wir die CO2-Emission eines Jahres zu 100 Prozent durch das Wachstum von Holzmasse aufgefangen. Welche Fläche wird hierfür benötigt, die aktuell noch verfügbar ist?

Betrachten wir hierzu zunächst die Verhältnisse in Deutschland, das in etwa auch den gleichen Waldanteil von gut 30 Prozent wie der weltweite Durchschnitt hat. 3,7 Milliarden Festmeter Holz wachsen auf 11,4 Millionen Hektar Waldfläche. Das entspricht 0,032 Kubikmeter Holz pro Quadratmeter Fläche oder 0,016 Tonnen Holz pro Quadratmeter. Deutschland hat im Jahr 2018 rund 800 Millionen Tonnen CO2 emittiert. Wir brauchen also einen Waldzuwachs von 800 Millionen Festmeter oder 400 Millionen Tonnen Holz. Der zusätzliche Flächenbedarf beträgt somit 2,5 Millionen Hektar. Wir müssten die Waldfläche jedes Jahr um 22 Prozent ausweiten! Allerdings würde die Flächenausweitung in den ersten Jahren noch gar keinen Effekt zeigen, da der Wald nur langsam wächst und erst in vielleicht fünfzig Jahren ausreichend Holzmasse gewachsen ist.

Also keine Chance! In drei Jahren bestände Deutschland nur noch aus frisch angepflanztem Wald. Wir können das Problem allenfalls mildern, andere Maßnahmen müssen zusätzlich greifen. Vielleicht könnte man den Holzanteil pro Fläche noch verdoppeln, dann würde die Fläche auch nur für sechs Jahre reichen.

Nun zur weltweiten Sicht: Global beträgt die Holzmassse heute etwa 420 Milliarden Tonnen. Bei einer jährlichen Emission von 10 Milliarden Tonnen Kohlenstoff müssen 20 Milliarden Tonnen Holz nachwachsen, um diese zu binden. Jedes Jahr müsste die globale Holzmenge also um rund fünf Prozent wachsen. Auch hier ist die Wirkung durch das langsame Wachstum erst viel später gegeben. Bei einer globalen Waldfläche von vier Milliarden Hektar müssen jedes Jahr 200 Millionen Hektar aufgeforstet werden (Wirksamkeit 50 Jahre später!). Jedes Jahr ein Land wie Mexiko! Oder fünf- bis sechsmal Deutschland!

Aktuell nimmt die globale Holzmenge allerdings eher ab. In vielen Ländern wird Wald in landwirtschaftliche Nutzfläche umgewandelt, ein Prozess, der sich in Europa bis vor etwa 200 Jahren ebenfalls vollzogen hat.

Diese Überlegungen bedeuten allerdings keineswegs, dass nicht aufgeforstet und stattdessen  weiter  Waldfläche vernichtet werden sollte. Holz bindet Kohlendioxid langfristig. Als Bauholz überdauert es Jahrhunderte, und so lange bleibt auch das CO2 gebunden. Es kommt noch ein zweiter Effekt hinzu: Wenn es gelingt, Beton durch Holz zu ersetzen, dann entfällt eine der großen CO2-Schleudern. Die Zementherstellung steht je nach Effizienz des Produktionsprozesses für vier bis acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen. Pro eingesparter Tonne Zement wird auch etwa eine Tonne CO2 weniger erzeugt.

Für ein Holzhaus werden etwa 20 Tonnen Holz benötigt. Damit können wir knapp 40 Tonnen Kohlendioxid speichern. In Deutschland gibt es rund 20 Millionen Wohngebäude. Selbst wenn man annimmt, dass jedes Jahr 250.000  Holzhäuser neu gebaut werden, könnte man auf diese Weise zehn Millionen Tonnen CO2 speichern, das ist gerade einmal nur gut ein Prozent der jährlichen Emission.

Eine weitere Möglichkeit wäre es, Kohlenstoff aus Holz den Ackerböden zuzumischen. Diese „terra preta“ soll besonders ertragreich sein und der Kohlenstoff ist für lange Zeit gebunden. Der Kohlenstoff wird durch Pyrolyse, Verschwelung, aus Pflanzen und Holz gewonnen. Bei rund zehn Millionen Hektar  Ackerfläche und zehn Tonnen Pflanzenkohle pro Hektar könnten rund 100 Millionen Tonnen Kohlenstoff in den Böden gebunden werden. Der aktuelle Ernteertrag der deutschen Wälder beträgt allerdings nur 15 Millionen Tonnen Kohlenstoff, es würde schon ein paar Jahre dauern, alle Ackerböden mit ausreichend Kohlenstoff zu versorgen. Außerdem ist wissenschaftlich noch nicht geklärt, ob diese Methode überhaupt generell für alle Böden Vorteile bringt, von den Kosten ganz abgesehen.

Könnte man den gesamten Jahresertrag der deutschen Wälder klimaneutral für Holzhäuser verbauen oder einlagern, zum Beispiel als terra preta? Das hätte den gleichen Effekt wie das sogenannte CCS-Verfahren (Carbon Dioxide Capture and Storage), bei dem CO2 chemisch gebunden und unter Tage gelagert werden soll.

Der Jahreseinschlag Holz beträgt in Deutschland etwa 60 Millionen Festmeter. Das entspricht rund 55 Millionen Tonnen CO2 und damit sieben Prozent der jährlichen Emission. Auch dieser Weg stellt somit keine insgesamt zufrieden stellende Lösung dar. Immerhin könnte auf diese Weise ein Beitrag geleistet werden.

Mit den oben angegebenen Kennzahlen lassen sich ein paar Zahlenspielereien anstellen. Der durchschnittliche CO2-Fußabdruck eines Bundesbürgers beträgt 11,6 Tonnen pro Jahr. Klimaneutral wären nur zwei Tonnen im Jahr. Um die Differenz vollständig zu kompensieren, müsste jeder jedes Jahr zwei bis drei Bäume pflanzen, die allerdings erst in vielen Jahren ein ausreichendes Gewicht von zwei Tonnen erreichen. Der Garten des Verfassers (500 Quadratmeter) wäre bei 50 Quadratmetern pro Baum nach drei Jahren voll.

Autofahren ist klimaschädlich. Für jeden verbrauchten Liter Benzin werden 232 Gramm Kohlendioxid erzeugt. Bei acht Litern je 100 Kilometern und einer doppelten Entfernung von 600 Kilometern für einen Trip in die Alpen erzeugen wir 220 Kilogramm CO2 . Bei einer jährlichen Fahrleistung von 12.000 Kilometern sind es 2,2 Tonnen.

Ein Hin- und Rückflug in der Economy Class nach Miami, Florida, steht für 2,7 Tonnen CO2. Ein Verbrauch von einer kWh elektrischer Energie resultiert bei dem aktuellen Energiemix in einer Emission von 500 Gramm CO2. Ein Wohnhaus mit einem Verbrauch von 4.000 kWh pro Jahr setzt zwei Tonnen CO2 frei.

Ein Liter Heizöl verursacht gut drei Kilogramm CO2. Bei einem Verbrauch von 1.000 Litern werden über drei Tonnen CO2 erzeugt. Einige Lebensmittel wie Rindfleisch verursachen sehr hohe CO2-Emissionen, Obst und Gemüse nur sehr wenig. Rindfleisch schneidet deshalb schlecht ab, weil das bei der Verdauung entstehende Methan noch wesentlich stärker als Kohlendioxid als Treibhausgas wirkt.

Zusammenfassung

Mit einfachen Kennzahlen und Bilanzen lässt sich zeigen, dass der Klimawandel durch den vermehrten Anbau von Holz nicht abgewendet werden kann. Aufforstungen und vermehrter Holzeinsatz (ohne Verbrennung) kann nur einen mäßigen Beitrag zu anderen Maßnahmen beisteuern. Der Einsatz von Wind und Sonne zur Stromerzeugung und damit indirekt auch für Verkehr und Industrie muss höhere Anteile liefern. Darüber hinaus wird Energie noch viel zu leichtfertig verschwendet.  Nicht zuletzt wird das Problem durch das Bevölkerungswachstum verstärkt.

Es macht trotzdem Sinn, so viele Bäume wie möglich zu pflanzen. Wälder haben vielfältige positive Funktionen. Sie reinigen und speichern Wasser, erzeugen Sauerstoff, reinigen die Luft und spenden Schatten. Gerade in den Wärmeinseln unserer Städte wären mehr Bäume sehr vorteilhaft.

Es werden globale Lösungen benötigt. Solange jedoch die Präsidenten von Ländern wie die USA und Brasilien wissenschaftlich abgesicherte Fakten nicht annehmen, andere Länder wie Russland und ganz Afrika noch drängendere Probleme haben, kann man der weiteren Entwicklung nur skeptisch gegenüberstehen.

Die Lösung läge in der konsequenten Umsetzung der vorliegenden Erkenntnisse. Die fossilen Brennstoffe müssen durch erneuerbare Energieträger ersetzt werden. Wenn wir die Probleme aber nicht rational zur Kenntnis nehmen, dürfen wir uns nicht wundern, wenn unsere Enkel in einer Welt leben müssen, die nicht zwei, sondern vier Grad wärmer ist. (Dr. Norbert Kalkert)