HOTEW Holztechnik aus Eberswalde 02. April 2014 · Holzwerkstoffe 15,2 Sägeindustrie 29,8 sonst....

Prof. Dr.-Ing. Volker [email protected]; [email protected]

Kaskadennutzung Holz

HOTEW

Holztechnik aus Eberswalde

02. April 2014

Thole 2

Vortragsgliederung

1. Einleitung

� Basisdaten, Rohstoffsituation, Rohstoffwettbewerb

2. Altholz

3. Altholztrennung

4. Kaskadennutzung

5. Beispiele effizienter Rohstoffnutzung

6. Zusammenfassung

Thole 3

EinleitungBasisdaten, Rohstoffsituation,

Rohstoffwettbewerb

Thole 4

Basisdaten der Holzwirtschaft:

� 10 Mio. ha Wald in Deutschland

� 330 m³ Holz pro ha

� 80 Mio. m³ bis 90 Mio. m³ Zuwachs pro Jahr

� 70 Mio.m³ pro Jahr Holzeinschlag

Nach Frühwald 2010

Thole 5

Verwertung des eingeschlagenen Holzes in Mio.m³/a

Stofflich Energetisch

Schnittholz 30 Direkt(Hausbrand, Industrie, Verstromung)

25Platten 7

Papier 8Indirekt 30

Summe 45

Nach Frühwald 2010Quelle: Mantau 2010

Thole 6

Nutzbare und genutzte Holzsortimente in Deutschland (übliche Angaben)Sortiment Mio. t/a Anmerkungen

Waldholz(Einschlag) 20 Vollständige stoffliche Nutzung

Waldholz (nicht eingeschlagen)

10 Einschlag möglich bei höheren Kosten

Säge-Restholz 4Überwiegend stoffliche Nutzung, zunehmende als Rohstoff für Pellets

Produktionsabfälle 5Verwertung beim Erzeuger (stofflich, energetisch)

Altholz 8Wettbewerb zur stofflichen und energetischen Verwertung

Rinde 1 Kompost, energetische Verwertung

Quelle: Mantau 2010

Thole 7

Stammholz 30,2

Industrie- und Waldrestholz 21,3

Sägenebenprodukte 11,2

Rinde 2,0

andere Industriereststoffe 2,1

Gebrauchtholz, Altholz 10,3

Landschaftspflegematerial 2,2

Bilanzausgleich -

Insgesamt 79,3

Holzschliff und Zellstoff 7,2

Holzwerkstoffe 15,2

Sägeindustrie 29,8

sonst. stoffliche Nutzung 1,5

energetisch > 1 MW 7,9

energetisch < 1 MW 4,8

Hausbrand 12,5

sonst. energ. Verwertung 0,0

Bilanzausgleich 0,4

Insgesamt 79,3

Inlandsverbrauch

Quelle: Maurer

Holzbilanz 2002 in Mio. FmInlandsaufkommen

Quelle: Mantau 2010

Thole 8

Holzverwertung 1987 bis 2010 in Mio. FM

VerwertungJahr

1987 2002 2005 2010Sägeindustrie 19,0 29,8 37,2 50,4

Holzwerkstoffe 9,1 15,2 17,4 19,1

Holzschliff u. Zellstoff 6,7 7,2 9,8 11,2

sonst. stoffliche Verwertung 1,3 1,5 1,9 2,3

energetisch > 1 MW 2,0 7,9 13,3 21,0

energetisch < 1 MW 1,7 4,8 6,6 11,6

Hausbrand 7,4 12,5 20,7 24,5

sonst. energ. Verwertung 0,0 0,0 0,0 0,1

nicht zuzuordnen - 0,4 - 1,3

Gesamt 47,2 79,3 107,0 141,5

Quelle: Mantau 2010

Thole 9

Prognose über den steigenden Holzbedarf in der EU,Entwicklung der stofflichen Nutzung von Biomasse(Kumulativ, Szenario A1)

Quelle: Mantau, Wood Resource Balance, EUwood – team 2010 (Mantau/Saal: Wood industry; based on UNECE/FA O and Jonsson, R.: econometric modelling; others incl uding veneer & plywood

Thole 10

Deckungslücke im Holzbereich in der EU; Unterschiedzwischen möglicher Nachfrage (Szenario A1) und dreiverschiedenen Mobilisierungsszenarien an Biomasse

Quelle: Mantau 2010

2016

2025

Thole 11

Quelle: In Anlehnung an EPF Annual Report 2011-2012

Recyclingholz für Spanplatten in Europa -Ein Vergleich-

LandHolzbedarf in

x 1000 tRundholzanteil

in %

Recycling-holzanteil

%

Deutschland 3738 19 33

Frankreich 2597 32 28

Italien 1934 6 89

Polen 1859 42 10

Spanien 1041 28 26

Östereich 1214 22 38

UK 1505 16 55

Thole 12

Mantau 2006

Brennholzeinsatz in Deutschland (Verdoppelung 2000 bis 2005)

0,23

0,20

0,57

1,64

0,68

0,73

1,72

14,30Scheitholz (Wald)

Scheitholz (Industrie)

Landschaftspflege

Schnittholzreste(Frischholz)

Schnittholz (Altholz)

Holzbriketts

Pellets

Hackschnitzel

Gesamt 20,1 Mio. m³/a

Thole 13

44000

70000

27000

1900013000

80003000

800

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Zahl der Pelletheizungen in Deutschland 1999 bis 200 6CEPV 2006

Thole 14

Folgen der starken energetischen Nutzung der Holzsortimente

� in 2011 werden mehr als 2 Mio. t/a Holzpellets aus Sägenebenprodukten hergestellt

� die stoffliche Verwendung ist bisher stärker gestiegen als die energetische

� der Waldumbau in Richtung stabilere Bestände liefert mehr Holzmassen (kürzere Umtriebszeiten)

� mehr Holz aus Privatwäldern mobilisieren

� verstärkte energetische Nutzung von gebrauchen Holzsortimenten

� Preise für Sägenebenprodukte steigen beträchtlich (2002 = 8 €/t, 2010 = 80 €/t)

� Preise für Rundholz steigen beträchtlich

Thole 15

Altholz

Thole 16

Rechtliche Rahmenbedingungen zur Altholznutzung

� TA Siedlungsabfall (TASi / 1993)

Suche nach neuen Entsorgungskonzepten

� Kreislaufwirtschaft- und Abfallgesetz (KrW -/AbfG / 1996)

Vorrang der Vermeidung und Wiederverwendung vor Deponierung

� Verordnung über Deponien und Langzeitlager (DepV / 20 03)

Verbot der Lagerung von organischen Stoffen auf Deponien, -Inkrafttreten 2009, letzte Novellierung 2012-

� Altholzverordnung (AltholzV / 2003)

Rechtsquelle für Begriffsbestimmungen und Handhabungs-vorschriften. Eine stoffliche Verwertung zu Holzhackschnitzeln und Holzspänen ist nur für die Kategorien A I bis A III zulässig; -Verordnung setzt das KrWG um-

Thole 17

�Quelle: Altholzverordnung 2002

Altholz-kategorie

Definition laut §2 AltholzV

A INaturbelassenes oder lediglich mechanisch bearbeitetes Altholz, dasbei seiner Verwendung nicht mehr als unerheblich mit holzfremdenStoffen verunreinigt wurde,

Altholzkategorie AI

Thole 18

Altholz A I

Quelle: FhG WKI: Meinlschmidt

Sägespäne Paletten / Verpackungen

Sägerestholz

Thole 19


Altholz-kategorie


A I

A II Verleimtes, gestrichenes, beschichtetes, lackiertes oder anderweitigbehandeltes Altholz ohne halogen-organische Verbindungen* in derBeschichtung und ohne Holzschutzmittel,

�*Als halogenorganische Verbindungen werden chemisch e Verbindungen aus Brom, Jod, Fluor und Chlor bezeichnet. In Verbindung mit Kohlenwasserstoffen bi lden Halogene sehr wirksame Lösungsmittel. Bekannteste Vertreter sind DDT, PCP und PCB.

Altholzkategorie AII

Thole 20

Altholz A II

�Quelle: FhG WKI: Meinlschmidt

Möbel aus Holz und Holzwerkstoffen

Thole 21

Quelle: Altholzverordnung 2002

Altholz-kategorie


A I

A II

A III Altholz mit halogen-organischen Verbindungen in der Beschichtungohne Holzschutzmittel,

Altholzkategorie AIII

Thole 22

Altholz A III

Quelle: BAV

Holz und Holzwerkstoffe mit PVC Anhaftungen

Thole 23


Altholz-kategorie


A I

A II

A III

A IV Mit Holzschutzmitteln behandeltes Altholz, wie Bahnschwellen,Leitungsmasten, Hopfenstangen, Rebpfähle, sowie sonstiges Altholz,das aufgrund seiner Schadstoffbelastung nicht den Altholzkategorien AI, A II oder A III zugeordnet werden kann, ausgenommen PCB-Altholz;

Altholzkategorie AIV

Thole 24

Altholz A IV

�Quelle: FhG WKI: Meinlschmidt

Eisenbahnschwellen Zaunpfähle / Hopfenstangen

Altfenster aus Abbruchholz

Thole 25


Altholz-kategorie


PCB-Altholz Altholz, das PCB im Sinne der PCB/PCT-Abfallverordnung ist und nachderen Vorschriften zu entsorgen ist, insbesondere Dämm- undSchallschutzplatten, die mit Mitteln behandelt wurden, diepolychlorierte Biphenyle enthalten

Altholzkategorien

Schallschutzplatte mit polychlorierten Biphenylen (PCB)

Thole 26

Altholzsortierunng

Thole 27

Quelle: BAV

Aktueller Stand der Technik

Sortierung beim Abkippen Sortierung am Band

Thole 28

Sortierung in Betrieben der Spanplattenindustrie

�Quelle: Maier Zerkleinerungstechnik und FhG WKI, Mei nlschmidt

Thole 29

Klassische Sortierung

Quelle: FhG WKI, Meinlschmidt

Metall

Glas und Steine

Kunststoffe

Thole 30

Quelle: FhG WKI

Mögliche Verfahren zur Erkennung von Störstoffen

NIR-Spektroskopie

Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS)

Röntgenfluores-zenzanalyse (RFA)

Thole 31

Ortsauflösende NIR -Spektroskopie

�Quelle: FhG WKI M. Lingnau

NIR-Spektroskopie

Wellenlängen 1000 nm –2200 nm

Online-Messungen möglich

Signalaufbereitung erforderlichdurch Normierung, Glättung, Differentiation, Hauptkomponentenanalyse

Thole 32

Ortsauflösende NIR -Spektroskopie und Klassifikation

Messung ergibt je Pixel ein Spektrum, Intensität über Wellenlänge, Auswertung mit „klassischer“ Hauptkomponenten-zerlegung, z. B. Unterscheidung verschiedener Klebstofftypen möglich

Thole 33


Quelle: FhG WKI B. Plinke

Erkennung von Störstoffen im Holz

Klassifiziertes Hyperspektralbild:Rot – Holzoberfläche, grün –HPL, blau – PE

Probe: Spanplatte, Massivholz, HPL, PE

Hauptkomponenten nach Normierung, 2. Ableitung, Glättung

Thole 34


Quelle: FhG WKI D. Mauruschat & B. Plinke

Erkennung verschiedener Störstoffe

Klassifiziertes Hyperspektralbild

Probe: AltfensterKiefernholz (1 und 3)Glas (2)Farbe (4)Fensterkitt (5)Nägel (6)Kunststoffe (7 und 8)

Hauptkomponenten nach Normierung, 2. Ableitung, Glättung

Thole 35

Ortsauflösende NIR -Spektroskopie und Sortierung

Quelle: RTT Steinert, PTS, Pigorsch und FhG WKI, Meinlschmidt

Sortierversuch: Abscheidung von Partikeln mit Lackanteil(PVC / HPL)

Thole 36

Quelle: Schumann Analytics

Verbesserte Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (FAIMS)

Prinzip der "High-Field Asymmetric Waveform Ion Mob ility Spectrometry" (FAIMS) bei Feldstärken von >10.000 V/ cm

Weitere Verbesserung der Auflösung durch Kopplung mit einem Gaschromatographen (GC-FAIMS)

Thole 37

Quelle: Schumann Analytics , FhG WKI Meinlschmidt

“FAIMS Fingerprint”

Bereich A ist reserviert für kleine Molkülmassen von 10 – 60 u

Bereich B repräsentiert große Molekülmassen zwischen 60 – 200 u

Bereich C ist besetzt mit sehr großen Molekülmassen die von 200 - 250 u reichen

DF = Dispersion FieldCV = Compensation Voltage

Thole 38

Probe: Kontaminierte Eisenbahnschwelle

Positiver Modus

Schnellerkennung vieler organischer Verbindungen, insb. Holzschutzmittel wie z.B.

-Pentachlorphenol (PCP), -γ-hexachlorcyclohexan (Lindan), -Permethrin

Unterscheidung von A I-III und A IV möglichQuelle: Schumann Analytics

Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie (IMS)

Negativer Modus

Thole 39

Ausblick Trenntechniken

� Altholz der Kategorie A I lässt sich im Prinzip von dem der Kategorie A II unterscheiden, wichtiger ist aber A III von A IV zu separieren

� Die vermehrte Nutzung von Recyclingholz in Deutschland ist durch die schwierige technische Umsetzung der Altholzverordnung eingeschränkt.

� Um das Problem der Zuordnung zu den A I – A IV Kategorien zu Überwinden, ist der Einsatz effizienter Erkennungstechniken notwendig.

� Erste Tests mit NIR-Spektroskopie, IMS und Röntgenfluoreszenzanalyse zeigen, dass in Zukunft Unterscheidung und Sortierung möglich sein werden.

� Bei weiter steigenden Rohstoffpreisen wird sich der Einsatz dieser Techniken vermutlich in wenigen Jahren rentieren.

Thole 40

Kaskadennutzung

Thole 41

Kaskadennutzung

Unter Kaskadennutzung werden unterschiedliche Wege einer effizienten Rohstoffnutzung verstanden.

Begrifflich und inhaltlich verbunden mit der Kaskadennutzung sind die multiple Nutzung, die Kreislaufnutzung, die Mehrfachnutzung, die Wiederverwertung, die Koppelprodukt-nutzung und das Recycling.

Die hinter den Begriffen stehenden Konzepte können Bestandteil der Kaskadennutzung sein, erfüllen aber für sich allein nicht die Anforderungen an eine Kaskadennutzung.

Thole 42

Versuch einer Definition: Kaskadennutzung

Kaskadennutzung ist die Realisierung eines Konzeptes zur effizienten Rohstoffnutzung, bei dem weder durch Rohverarbeitung, Materialbearbeitung und Stoffnutzung noch nach dem Nutzungszeitende von Produkten (P), Materialien (M) und Stoffen (S) Abfälle entstehen sowie eine mehrfache PMS-Nutzung Vorrang vor der energetischen Nutzung hat.

Thole 43

Die Kaskadennutzung kann erfolgen durch:

� Multiple PMS-Nutzung

� PMS-Recycling

� Materialup- und downcycling

� Stoffup- und downcycling

� PMS-Mehrfachnutzung

� Produktionsintegrierte Koppelproduktnutzung

Thole 44

Bereitstellungder Rohstoffe

Verarbeiten der Rohstoffe

Bearbeiten oder Verarbeiten

von Material oder Stoffen

Produkt 1 bis n

Energetische Verwertung

Rohstoff(Asche, Schlacke)

Produkt A bis X

P-recycling

MS-recycling

Up-oder

DownceyclingP-recycling

Upceycling

MS-recycling

Thole 45

Rundholz Sägeprodukteherstellen

Sägeprodukte nutzen

OSB

Rohstoff(Asche, Schlacke)

Energetische Verwertung

Spanplatten

PM-recycling

Down-ceycling

PM-recycling

Upceycling

MS-recycling

MDF

P-recycling

PM-recycling

Upceycling

Zement

S-recyclingS-recycling

Thole 46

Beispiele effizienter Rohstoffnutzung

Thole 47

Beispiel: 1Effiziente Altholzzerkleinerung

Thole 48

Aufbereitung von Altholz für Spanplatten

� Altholzsortimente enthalten Störstoffe und haben in der Regel eine geringere Feuchte. Die Geometrie und die Größen-verteilung von zerspanten Holzpartikeln sind ab-hängige von der Feuchte. Mit abnehmender Rohstofffeuchte vermindern sich die Partikelabmessungen, der Feinanteil steigt.

� Eine zweckmäßige Aufbereitung erfordert eine Trennung und eine angepasste Zerkleinerung zu Partikeln.

Thole 49

Durch eine hydrothermale Vorbehandlung steigt die Feuchte und der E-Modul wird geringer.

Summenhäufigkeit der Spanfraktion mit und ohne hydrothermale Hackschnitzelvor-behandlung.

� Die nach einer hydrothermale Vorbehandlung zerspanten Hackschnitzel ergeben Spanfraktionen mit deutlich geringeren Feinanteilen.

� Der Breitenschlankheitsgrad (Verhältnis von Partikelbreite zu Partikeldicke) der nach einer hydrothermalen Vorbehandlung hergestellten Partikel ist größer.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

0 < x1 < 0,60 0,60 ≤ x2 < 1,25 1,25 ≤ x3 < 3,15 3,15 ≤ x4 < 5,00 x5 ≥ 5,0

rela

tive

Sum

men

häuf

igke

it q3

(i)

Spanfrakt ionen x 1 bis x 5 in mm

ohn e Vorb ehand lu ng

mi t Vo rbehan dlung

Thole 50

Mit abnehmenden Feinanteilen wird die gesamte Partikeloberfläche geringer, der flächenbezogene Klebstoffanteil steigt.

Querzugfestigkeit von Spanplatten aus Spänen mit und ohne hydrothermale Hackschnitzelvorbehandlung

� Die Querzugfestigkeit von Spanplatten mit Spänen aus vorbehandelten Hackschnitzeln ist höher.

� Bei üblichen MS-Fraktionen, ist die Differenz der Querzugfestigkeit noch ausgeprägter.

� Werden Späne aus vorbehandelten Hackschnitzel verwendet, kann der Klebstoffanteil vermindert werden.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

mit Fraktion x < 1,25 mm ohne Fraktion x < 1,25 mm

Qu

erzu

gfe

stig

keit

in N

/mm

²

ohne Vorbehandlung

mit Vorbehandlung

Plattentyp: einschichtige SpanplattenKlebstoff : 8 % K 350

Thole 51

Beispiel: 2Spanplatten aus alten Fensterrahmen

Thole 52

Quelle: FhG WKI, Briesemeister

Herstellung von Spanplatten aus alten Fensterrahmen

Spanplatten aus alten Meranti Fensterrahmen A 2 (entfernter TiO 2Lack)

Thole 53


Spanplatten aus alten Meranti Fensterrahmen A2 (entfernter TiO2Lack)


Thole 54


Spanplatten aus alten Meranti Fensterrahmen #2 (entfernter TiO2 Lack)


Thole 55

�55

Beispiel 3:Lamellierung durch Druckzerkleinerung

(Scrimberherstellung)

Thole 56

�56

Ausgangssituation

Bei der Lamellierung von Holz erfolgt eine Zerkleinerung unter Beibehaltung der Holzstrukturen. Werden die "Lamellen" durch Kleben gefügt, ergeben sich ausgesprochen feste Bauteile und Werkstoffe. Typische Werkstoffe auf Basis von der Lamellie-rungstechnik sind Sperrholz, mehrlagige Massivhölzer und OSB. Durch das Lamellieren werden unerwünschte Holzmerkmale kompensiert

Thole 57

Lamellierungstechnikendurch

Kräfte am Schneidkeil Druckkräfte

Spalten Zerspanen

Sägen, Fräsen Zerspaner Furniermaschinen

Wellen-,Messerring-,Scheiben-zerspaner

Schindeln,Lamellen,

Fäden

Schäl-,Messer-

maschine

StrandsFlakes

SägegatterProfilzerspan.

Kreissäge, usw

Bretter, Leisten,Furniere,Lamellen

Furniere,Lamellen,Streifen

Pressen Walzen

Biege-furniere

Faden-vliese

Lamellierungstechniken

Thole 58

�58

Technikumsversuche

Fensterkanteln (beschichtungsfrei)

Rippenwalze

Thole 59

�59

Technikumsversuche

Druckdesintegrierten Altholz

Thole 60

�60

Scrimberbalken

Klebstoff: Phenolformaldehyd

Rohdichte: 700 kg/m³ bis 900 kg/m³

Biegefestigkeit: 70 N/mm² bis 150 N/mm²

Biege-E-Modul: 11 kN/mm² bis 15 kN/mm²

Querzugfestigkeit: 0,9 N/mm² - 1,8 N/mm²

Thole 61

Zusammenfassung

Die Akteure der verschiedenen stofflichen Holzverwe rtungs-linien stehen vor erheblichen Herausforderungen. Di e Holzwerkstoffindustrie gehört mittlerweile fast zu den „Altindustrien“. Häufig wird dieser Industrie daher ein großes Beharrungsvermögen nachgesagt. Über einen längeren Zeitraum betrachtet, sind die I nnovationen aber beträchtlich. Zur Sicherung der Holzwerkstoffs tandorte ist aber nicht nur die Holzwerkstoffindustrie gefragt. Auch die durch politische Entscheidungen beeinflussbaren Rah men-bedingungen müssen stimmen. Dies gilt insbesondere für die aktuellen stofflichen Herausforderungen.

Thole 62

HOTEW Holztechnik aus Eberswalde 02. April 2014 · Holzwerkstoffe 15,2 Sägeindustrie 29,8 sonst....

Documents

Transcript of HOTEW Holztechnik aus Eberswalde 02. April 2014 · Holzwerkstoffe 15,2 Sägeindustrie 29,8 sonst....