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Zur Herstellung von Holzkohle wird Holz unter Luftabschluss erhitzt. Dieser Prozess wird Pyrolyse genannt. Dabei entsteht neben Holzkohle Holzessig, Holzgas und Holzteer.
In der Initialphase kommt es bei Temperaturen von bis zu 220 °C vor allem zu einer Aufheizung und Trocknung des Materials, wobei vor allem Wasserstoff sowie Spuren von Kohlendioxid, Essigsäure und Ameisensäure entweichen. Holz gibt beim Erhitzen bis 150 °C nur hygroskopisches Wasser ab; dann entwickeln sich saure Dämpfe, steigt die Temperatur über 150 °C, so zersetzt es sich. Bis etwa 280 °C vermehrt sich die Freisetzung dieser Stoffe in einer pyrolytischen Zersetzungsphase, die ebenso wie die Initialphase endotherm ist. Ab 280 °C kommt es dann zu einer starken exothermen Reaktion, bei der etwa 880 kJ/kg Holz als Energie freiwerden und den Prozess auf über 500 °C aufheizen. Von 300 °C ab entstehen immer dichter werdender gelber oder gelbbrauner Dampf und Gase. Die brennbaren Gase (siehe auch unter Holzgas) sind vor allem Kohlenmonoxid, Methan, Formaldehyd, Essig– und Ameisensäure sowie Methanol und Wasserstoff, die verbrennen und unter Rauchentwicklung austreten. Beim Abkühlen der entweichenden Produkte erhält man Holzteer und Holzessig. Die Struktur des Holzes verändert sich oberhalb von 400 °C von der fibrillären Struktur des Holzes in die kristalline Struktur von Graphit. Beim letzten endotherm ablaufenden Prozess werden die Rauchgase beim Durchtritt durch bereits verkohlte Schichten in brennbares Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufgespalten, zurück bleibt die Holzkohle als Rückstand.
- Rotkohle (Röstkohle) entsteht bei Verkohlungstemperaturen zwischen 270 °C und 350 °C, ist braun-schwarz und hat bei einer um die Hälfte größeren Ausbeute fast denselben Heizwert wie die über 350 °C entstehende Schwarzkohle. Diese wird deshalb vielfach zu metallurgischen Zwecken und wegen gewisser Eigenschaften zur Schießpulverfabrikation hergestellt.
- Schwarzkohle entsteht bei Temperaturen über 350 °C, mit dem Steigen der Verkohlungstemperatur wächst die Dichtheit und die Leitungsfähigkeit der Kohle für Wärme und Elektrizität; zugleich aber sinkt die Entzündlichkeit der Kohle und ihre Neigung, Feuchtigkeit anzuziehen.
- Unter 270 °C erzeugte Kohle ist fest, unausgebrannt, rotbraun (Rotholz).
Die Dichtigkeit und quantitative Ausbeute der Kohle wird durch die Verkohlungsgeschwindigkeit bestimmt, eine geringere Geschwindigkeit ergibt eine dichtere Kohle sowie eine größere Ausbeute. Die Ausbeute an Kohle sinkt mit steigenden Temperaturen. Zugleich wird die Kohle beständig reicher an Kohlenstoff und Asche und entsprechend ärmer an Wasserstoff und Sauerstoff.
Rotkohle wie Schwarzkohle lassen noch makroskopisch deutlich die Holzstruktur erkennen, mikroskopisch lässt sich die Holzart erkennen, aus der die Holzkohle erzeugt wurde.
Es werden sowohl Laub- wie Nadelhölzer zu Kohle verarbeitet, erstere hauptsächlich, wenn die flüssigen Destillationsprodukte, Essigsäure und Holzgeist→Holzessig, das Haupterzeugnis sind, letztere wenn das Hauptgewicht auf die Gewinnung der Kohle, Teer und Terpentinöl gelegt wird.
wie wird Holzkohle hergestellt
Bei der Herstellung von Holzkohle kommen zwei unterschiedliche Methoden zur Anwendung.
1. Verkohlung in Kohlenmeilern
Die älteste Methode der Holzkohlengewinnung (Kohlenbrennerei) ist der aus dem Altertum stammende Meilerbetrieb (Köhlerei), bei dem das Holz in annähernd halbkugel- oder kegelförmigen Haufen (Meilern) in grossen Scheiten regelmäßig (und zwar stehend oder liegend) um drei in der Mitte errichtete Pfähle (Quandel) aufgesetzt und mit einer Decke bedeckt wird.
Früher verkohlte man das Holz auch in Haufen oder liegenden Werken. Die Verkohlung des geschichteten Holzes erfolgte nur allmählich von einem Ende des länglichen Haufens zum anderen. Die fertig verkohlten Stücke wurden nach und nach gezogen.
Meilerkohle wird folgendermaßen unterschieden:
- Stück-, Grob-, Lese- oder Ziehkohlen, die dichtesten oder größten Stücke, noch in Form der angewandten Holzscheite.
- Schmiede- oder Mittelkohlen, dichte, aber nur faustgroße Stücke.
- Kleinkohlen aus Astholz.
- Quandelkohlen, kleine undichte Stücke aus der Nähe des Quandels.
- Kohlenklein, –Kohlenlösche oder Kläre, kleine Stücke oder Staub.
- Brände, unvollständig verkohlte Stücke vom Rand oder Boden des Meilers.
2. Verkohlung in Öfen
Ganz ähnlich wie in Meilern oder Haufen verläuft die Verkohlung in runden oder eckigen gemauerten Pechöfen, die eine leichtere, vollständigere Gewinnung der Nebenprodukte (Teer, Holzessig, Gase, die beim Meilerbetrieb in der Regel verloren gehen) gestatten, aber eine geringere Ausbeute und weniger gute Kohle liefern. Bei diesen Einkammeröfen tritt ebenfalls Luft zu dem zu verkohlenden Holz, und ein Teil desselben erzeugt durch seine Verbrennung die nötige Temperatur. Diese Kohle wird als Ofenkohle bezeichnet.
Man hat aber den Verkohlungsprozess besser unter Kontrolle, wenn man das Holz in Gefäßen, die von außen geheizt werden, also ohne Luftzutritt, verkohlt. Dies geschieht in Zweikammeröfen, Retorten, Röhren. Diese Kohle wird als Retortenholzkohle bezeichnet, bei 500 °C bildet sich eine harte Holzkohle.
Verwendung der Holzkohle
Nebst der Verwendung als Grillkohle kann Holzkohle noch für eine ganze Reihe weiterer Anwendungen benutzt werden.
- zur Herstellung von Schwarzpulver
- zum Entfuseln von Branntwein
- zum Klären und Entfärben von Flüssigkeiten
- zum Filtrieren von Wasser
- zum Konservieren fäulnisfähiger Substanzen
- zum Desinfizieren
- zum Reinigen von Wasserstoff, ranzigen Fetten und dumpfigem (feuchtem) Getreide
- als Zahnpulver
- als Poliermittel für Stein, Holz und Metalle
- zur Füllung von Aspiratoren für die Benutzung in Räumen, in denen sich schädliche Stoffe befinden.
- zur Bearbeitung in Zigarettenfiltern
- als Farb- (E 153) und Aromastoff (Räuchermittel) in der Lebensmittelindustrie
- als Zeichenkohle in der Kunst, Linden- und Weidenkohle werden zum Zeichnen benutzt, als schwarze Farbe
- als Adsorptionsmittel bei Durchfall und Vergiftungen, bei eitrigen Geschwüren
- In der Halbleitertechnik, früher wurde die Retortenholzkohle in galvanischen Batterien und Kohlenstiften von Kohlebogenlampen benutzt
- Feiner Holzkohlenstaub wird zu Kohlebriketts verarbeitet
Nachhaltigkeit
International steht Holzkohleproduktion oft in der Kritik negative Umwelteinwirkungen nach sich zu ziehen. Zum einen entstehen sowohl durch den Produktionsprozess als auch durch den Gebrauch von Holzkohle Emissionen, u. a. die Freisetzung von CO2. Zum anderen steht die Produktion von Holzkohle oft im Zusammenhang mit illegaler Rodung von Wäldern. Erschwerend kommt hinzu, dass in Europa vermarktete Holzkohle keiner Nachweispflicht des Herkunftslandes unterliegt. Während Nachhaltigkeitssiegel wie PEFC oder FSC belegen, dass das eingesetzte Holz aus nachhaltiger Waldwirtschaft stammt, sagen sie nichts über die geografische Herkunft des Holzes aus. In Untersuchungen aus den Jahren 2017 und 2018 stellt der WWF fest, dass der überwiegende Teil in Deutschland getesteter Holzkohle Tropenholz enthielt und weitestgehend keine korrekte Angaben auf den Produktpackungen vermerkt waren. Lediglich aus Namibia importierte Holzkohle wurde positiv hervorgehoben, da diese potentiell aus überschüssigem Holz der Verbuschung produziert wird. Auch Stiftung Warentest führte 2019 eine Analyse in Deutschland vermarkteter Holzkohle durch und stellt ebenfalls fest, dass lediglich bei Holzkohle aus Namibia nachvollziehbar auf eine Nachhaltigkeit zu schließen ist. Auch in der Schweiz wird nahezu die ganze Menge der angebotenen Holzkohle importiert. Der WWF Schweiz stellte 2018 die in der Schweiz erhältlichen Grillkohlen auf die Probe. Dabei wurde festgestellt, dass viele der Produkte falsch deklariert werden. Nahezu in der Hälfte der getesteten Produkte konnten tropische Holzarten nachgewiesen werden. 2018 wurde in der Schweiz die Holzkohle hauptsächlich aus Polen importiert. 2019 wurden nur noch in zwei Produkten von Obi Tropenholz gefunden.
Quelle: Wikipedia