Projektstart WoodChar: Reaktivität von Holzkohle während und nach der Pyrolyse

Holzkohle kann nicht nur bei sehr hohen Temperaturen hergestellt werden, sondern auch bei niedrigeren Temperaturen, wenn das Holz für mehrere Wochen bis Monate bei diesen gelagert wird. In aktuellen Baunormen für sichere Holzkonstruktionen wird oft nur berücksichtigt, wie Holz bei kurzzeitig hohen Temperaturen oder einem offenen Feuer reagiert. Allerdings ist bekannt, dass die erste Stufe der Holzzersetzung, die Pyrolyse, die Reaktivität und Eigenschaften des Holzes verändert. Unter anderem kann sich Sauerstoff an den porösen Strukturen der Holzkohle anreichern, was eine Freisetzung von Wärme zur Folge hat und in Folge zur Selbstentzündung schon bei niedrigeren Ausgangstemperaturen führen könnte.

Das Projekt startete im Oktober 2023 und wird über die FTI-Grundlagenforschung vom Land Niederösterreich und der Gesellschaft für Forschungsförderung NÖ für eine Laufzeit von drei Jahren finanziert.

In Kooperation mit dem Institut für Verfahrens- und Energietechnik (IVET) der BOKU Wien, werden in den nächsten drei Jahren Untersuchungen fortgesetzt und intensiviert, die im Rahmen einer vom Land Niederösterreich geförderten Dissertation begonnen wurden. Dabei zeigte sich, dass zwar der pyrolytische Abbau von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen mittlerweile gut erforscht ist, aber insbesondere in einem Temperaturbereich, der für die effiziente thermo-chemische Umwandlung Anwendung (400 °C – 1000 °C) findet.

Im Falle einer langfristigen Erwärmung von Holz bei niedrigeren Temperaturen (< 200 °C), wie sie auch über eine lange Zeit im verbauten Bereich auftreten könnten, sieht es aber anders aus. Zwar gibt es Ideen und Ansätze aus verschiedensten, wissenschaftlichen Bereichen, allen voran der Brandursachenforschung, was mit Holz passiert, wenn es über lange Zeit erwärmt wird, aber eine konkrete Antwort konnte bisher nicht gefunden werden.

Deshalb soll nun untersucht werden, ob Holzkohle, die bei hohen Temperaturen hergestellt wurde, ähnliche Eigenschaften aufweist, wie Holzkohle, die bei niedrigeren Temperaturen für längere Zeit gelagert wurde.

Eine der identifizierten Eigenschaften ist die Neigung zur Chemisorption von Sauerstoff an der Oberfläche der Holzkohle. Die poröse Struktur bietet dafür eine riesige innere Oberfläche, an welcher diese Reaktionen stattfinden können. Schon durchgeführte Vorversuche an Kleinstproben mittels thermogravimetrischer Analyse zeigen den Einfluss der Pyrolyse.

Die Resultate aus dem Projekt sollen zweierlei bewirken. Auf der einen Seite soll aufgearbeitet werden, ob langfristige Erhitzung bei niedrigen Temperaturen ein potentielles Sicherheitsrisiko darstellt und auf der anderen Seite sollen Grundlagen der pyrolytischen Zersetzung von Biomasse vertieft und erweitert werden. Diese Dualität in der Zielsetzung findet sich auch bei den beiden Projektpartnern wieder. Wood K plus sucht eine Stärkung der sicheren Nutzung von Holz im Baubereich und das Institut für Verfahrens und Energietechnik neue, noch nicht ausgeschöpfte Potentiale thermo-chemischer Umwandlungsprozesse.