Inf.bl. Forsch.bereich Wald 18, 2004 1 Um moderne Technologien zur Nut-
zung erneuerbarer Energien wirt- schaftlich umsetzen zu können, muss eine verlässliche und kostengünstige Versorgung mit Rohstoffen gewährlei- stet sein. Die WSL hatte im Projekt ECOGAS die Aufgabe, die nachhaltig verfügbare Energieholzmenge aus dem Schweizer Wald und dessen potenziel- le Erntekosten zu schätzen.
Mit einem Modell auf der Basis des Landesforstinventars (LFI) haben wir geschätzt, wie viel Holz langfristig zur Energiegewinnung nutzbar ist. Mit die- ser guten Grundlage konnten wir das Potenzial der Energieholz-Nutzung für die nächsten 40 Jahre berechnen.
Zuerst mussten wir aber die Frage beantworten, welche Holzsortimente zur Energieerzeugung überhaupt in Frage kommen, denn theoretisch könn- te man natürlich alles nachwachsende Holz energetisch verwenden.
Als Energieholz definierten wir min- derwertiges Holz, das heisst Holz
Editorial
Die schweizerische Hochschulland- schaft ist in Bewegung, und auch die Rolle der Forschungsanstalten im ETH-Bereich wird intensiv diskutiert.
Klar ist aber schon heute: Von den For- schungsanstalten erwartet man vor allem eines, nämlich Spitzenfor- schung.
Die WSL muss also auf internationa- lem Niveau ganz vorne mit dabei sein, und sie darf gleichzeitig die Interessen der Praxis nicht vernachlässigen. Dar- an ändert sich auch nach dem Weggang von Mario F. Broggi nichts: Vermut- lich wissen Sie bereits, dass der lang- jährige Direktor der WSL sein Amt Ende August abgegeben hat. Bis zur Wahl eines neuen Direktors oder einer neuen Direktorin leite ich die For- schungsanstalt interimistisch. Dabei kommt mir zugute, dass ich über brei- te Führungserfahrung in privatwirt- schaftlichen und forschungsorientier- ten Unternehmen verfüge, aber auch die Besonderheiten von nicht rendite- orientierten Organisationen kenne.
Mario F. Broggi hat die WSL in seiner Amtszeit stark geprägt; heute ist das Institut ein modernes, multidisziplinä- res Umweltforschungszentrum, das in vielen Bereichen Spitzenleistungen erbringt, und das ist massgeblich sein Verdienst. Ich danke ihm im Namen der ganzen WSL für seinen grossen Ein- satz. Mario F. Broggi wird im ETH- Bereich neue Aufgaben rund um die Themen Nachhaltigkeit und Umwelt übernehmen.
Es gibt noch einen personellen Wech- sel zu vermelden, der allerdings schon vor meinem Antritt erfolgte: Bernhard Oester, Direktionsmitglied und Bereichsleiter Wald, hat sein Amt per Ende Juni 2004 abgegeben; er bleibt der WSL als wissenschaftlicher Bera- ter erhalten. Ich danke auch ihm für sei- ne grossen Leistungen. Sein bisheriger Stellvertreter Norbert Kräuchi leitet den Bereich interimistisch und wird dafür sorgen, dass die Anliegen der Waldforschung in der Direktion weiter- hin gut vertreten sind. Das ist wichtig, denn nicht umsonst beginnt der Name WSL mit «W» wie Wald!
Jakob Roost, Direktor a.i.
Energiepotenzial im Schweizer Wald
Auch in der Schweiz gewinnt die energetische Nutzung von Biomasse zuneh- mend an Bedeutung. Könnte man zum Beispiel Holz an Stelle von Erdöl verwenden, um das Autofahren und Heizen mit Biomasse kostengünstig zu ermöglichen? Im Rahmen des Projektes «ECOGAS»1hat die WSL unter- sucht, wie gross das Potenzial von Energieholz im Schweizer Wald ist und wie man diesen Rohstoff wirtschaftlich nutzen könnte. Gemäss einer Schät- zung liessen sich jährlich rund drei Millionen Kubikmeter Holz energetisch verwenden, nur die Hälfte davon wird bisher genutzt. Die Studie zeigt: Von der Produktion bis zur Lieferung des Energieholzes liesse sich noch einiges rationalisieren.
Oliver Thees, Fritz Frutig und Edgar Kaufmann
Abb. 1. Arbeitsverfahren «Hacken im Bestand»: mobiler Grosshacker mit schwenkbarem Einzug und kippbarem Container auf Forwarder-Fahrgestell. Das Verfahren kommt vor allem in jüngeren Beständen zum Einsatz. Die Arbeitsverfahren zur Erzeugung von Wald- hackschnitzeln lassen sich nach dem Ort gliedern, an dem der Hackprozess stattfindet:
Hacken im Bestand, an der Waldstrasse und an der Verbraucheranlage.
Informationsblatt Forschungsbereich
Wald
ISSN 1424-5701
2004
18
Eidg. Forschungsanstalt WSL Institut fédéral de recherches WSL Istituto federale di ricerca WSL Swiss Federal Research Institute WSL CH-8903 Birmensdorf
1Forschungsprojekt im Rahmen von «novat- lantis-Nachhaltigkeit im ETH-Bereich»
2 Inf.bl. Forsch.bereich Wald 18, 2004
schwacher Dimensionen und/oder schlechter Qualität. Letztlich entschei- det aber der Wettbewerbspreis über die energetische oder stoffliche Verwer- tung. Es handelt sich also um Sorti- mente, die bereits heute schon als Brennholz oder als Industrieholz in der Holzwerkstoff-, in der Zellstoff- und in Einzelfällen auch in der Ver- packungsindustrie Absatz finden. Das in Frage kommende Material stammt vorwiegend aus den Kronen stärkerer Bäume, aus Stammteilen der Qualität D, aus Kronen und Schäften von Bäu- men schwächerer Dimensionen, sowie aus dem übrigen Derbholz und Reisig.
In einem zweiten Schritt beurteilten wir, inwiefern das ermittelte Potenzial unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten verfügbar ist. Jedem Stichprobenpunkt des LFI ordneten wir ein Ernteverfah- ren für Waldenergieholz und einen Preis für die Bereitstellung zu. Dabei berücksichtigten wir nur moderne, hoch mechanisierte Arbeitsverfahren für die Erzeugung von Waldhack- schnitzeln (vgl. Abb.1). Den Kosten- berechnungen legten wir durchschnitt- liche Marktpreise zugrunde, die bei spezialisierten Forstunternehmen erho- ben wurden.
Grosses Energieholz-Potenzial im Schweizer Wald
Das Potenzial an energetisch nutzba- ren Holzmengen im Schweizer Wald beträgt bei einer konservativen Schät- zung längerfristig rund 3,0 Millionen
m3pro Jahr. Davon wachsen rund 75%
im Mittelland und im Jura. Der Markt (Papier-, Zellstoff- und Plattenindu- strie, Verpackungsindustrie, Energie- holzkäufer) beansprucht heute bereits 1,5 bis 2,0 Millionen m3des Gesamt- potenzials. Das ergibt eine zusätzliche Nutzungsmenge von ungefähr 1,0 bis 1,5 Millionen m3pro Jahr.
Das Gesamtpotenzial entspricht bei einer Holzfeuchte von 50 Prozent der Energiemenge von 20 Peta Joule pro Jahr. Beträgt die Holzfeuchte 25 Pro- zent (technisch getrocknet), so steigt der Wert auf 22 Peta Joule (vgl. Abb.
2). Der Anteil des Laubholzes am zu- sätzlichen Energieholzaufkommen liegt zwischen 60 und 70 Prozent.
Die Kosten für die Ernte und den Transport des Waldenergieholzes sind relativ hoch. Sie betragen umgerech- net 2 bis 10 Rappen pro Kilowattstun- de. Diese grosse Streuung hängt vor allem von Ernteverfahren, Holzart und Holzfeuchte ab. Laubholz lässt sich im Allgemeinen günstiger bereitstellen als Nadelholz: Im Idealfall, das heisst in befahrbarem Gelände, betragen die Erntekosten beim Laubholz ca. 2 Rap- pen und beim Nadelholz ca. 3 Rappen pro Kilowattstunde. Rund 70 Prozent des Potenzials an Energieholz sind zu Kosten von 2 bis 6 Rappen pro Kilo- wattstunde verfügbar.
Das grosse Energieholzpotenzial ist derzeit aus wirtschaftlichen Gründen nur begrenzt nutzbar:
– bezogen auf die heute genutzte Ener- gieholzmenge herrscht Konkurrenz um diesen Rohstoff, denn mehrere
Nadelholz
Laubholz
Holzenergiekosten [Rp./kWh]
2.0 0.0 4.0 6.0 8.0
0 2 4 6 8 10 12
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0
0 2 4 6 8 10
Arbeitsverfahren
mit Feller-Buncher mit Vollernter Hacken im Bestand, Fällen/Vorliefern
mit Forwarder mit Bodenseilzug mit Seilkran
Holzenergie [PJ/a]
Hacken an der Waldstrasse, Geländetransport
Abb. 2. Jährlich nutzbares Holzenergiepotenzial im Schweizer Wald im Zeitraum von 2006 bis 2016 bei einer Holzfeuchte von 25 % (atro). Bei dieser Berechnung wurde unter- stellt, dass der Wald wie bisher, also ohne einen Vorratsabbau bewirtschaftet wird. Im Laubholz sind grössere Energiemengen zu erwarten als beim Nadelholz. Relativ günsti- ge Bereitstellungspreise ergeben sich für das Arbeitsverfahren «Hacken an der Wald- strasse». Dies ist darauf zurückzuführen, dass es sich um befahrbares Gelände und stär- keres Holz handelt. Quelle: WSL, Thees et al., 2003.
Nutzergruppen beanspruchen die vorhandene Holzmenge;
– der Waldbesitzer veräussert in der Regel den Rohstoff Energieholz zum Selbstkostenpreis, so dass sein Inter- esse, das Holz zu verkaufen, eher gering ist;
– Energieholz ist momentan mehr- heitlich ein Koppelprodukt, das heisst seine Bereitstellung hängt vor allem von der Nutzung des Haupt- produktes (Stammholz) und damit von der Lage auf dem internationa- len Holzmarkt ab.
Mit diesen Phänomenen ist jeder kon- frontiert, der Energieholz kaufen möchte. Daher ist die konservative Schätzung angebracht, und die hohen Potenziale sind auf keinen Fall eupho- risch, sondern vorsichtig zu beurteilen.
Die gesamte Energieholzkette optimieren
Die Bereitstellungskosten für das Holz sind ein Schlüsselfaktor für die Wirt- schaftlichkeit der Holzenergiesysteme und damit für die Nutzung der erneuer- baren Energie. Daher ist es von zentra- ler Bedeutung, dass man die Kosten in der gesamten Produktions- und Liefer- kette senkt. Die WSLsieht hier beträcht- liche Möglichkeiten. Mit einer neuen Untersuchung will sie dazu beitragen, die gesamte Kette zu optimieren und die Wettbewerbsfähigkeit des Produktes
«Waldenergieholz» zu verbessern.
Die Anstrengungen, die Holzpro- duktion effizienter zu machen, müssen bereits beim Waldbau beginnen. Grenz- ertragsstandorte im Laubholz sollte man beispielsweise im Hinblick auf verschiedene waldbauliche Strategien für die Energieholznutzung überprü- fen. Im Extremfall hiesse dies, Bestän- de in reine Energieholzwälder umzu- wandeln. Die Optimierung strebt gerin- ge Pflege- und Holzerntekosten an.
Das Projekt «ECOGAS – Methan aus Holz» wird im Rahmen von «novatlan- tis – Nachhaltigkeit im ETH-Bereich:
eine Initiative der Forschungsanstal- ten» durchgeführt. Projektpartner sind u.a. das Paul Scherrer Institut (PSI), die Eidg. Materialprüfungsanstalt (EMPA) und die Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL).
Die hier beschriebene Untersuchung ist ausserdem im WSL-Forschungspro- gramm «Management einer zukunfts- fähigen Waldnutzung» eingestellt.
Inf.bl. Forsch.bereich Wald 18, 2004 3 Am besten ist dies mit wenigen star-
ken Eingriffen, mit einer hohen Ener- gieausbeute (grosses Holzvolumen pro Flächeneinheit) und mit einer hohen spezifischen Holzdichte zu erreichen.
Kleine Räumungen und Entnahmen bis zu 80% des Vorrates dürfen kein Tabu sein. Häufig fördern diese sogar die Biodiversität.
Die Ernte und der Transport des Hol- zes müssen besser aufeinander abge- stimmt werden. Dabei muss es darum gehen, dass
– für die in Frage kommenden Holz- schläge die kostengünstigsten Ver- fahren für die Hackschnitzelernte bekannt sind;
– man weiss, wo im Wald wieviel Energieholz zu welchen Preisen – entsprechend den Anforderungen der Verbraucher, z.B. für 2 bis 3 Rp/kWh – genutzt werden kann;
– man im Hinblick auf günstige Dienstleistungspreise grosse Aufträ- ge an die Forst- und Fuhrunterneh- men vergibt. Dies garantiert eine hohe Auslastung der Arbeitssysteme und hält für beide Seiten die Trans- aktionskosten niedrig (z.B. dürfen Ausschreibungen von Aufträgen und die Vergabe von Konzessionen für Energieholzwälder kein Tabu sein);
– die Kosten für Umsetzung und Trans- port sowie für witterungsbedingte Störungen, die den Ablauf der Lie- ferkette unterbrechen, minimal sind;
– die Zusammenarbeit in der Produk- tions- und Lieferkette vertraglich so geregelt ist, dass für alle Akteure Anreize bestehen, die vereinbarten Holzmengen termingerecht bereit- zustellen;
– man bei allen Schritten versucht, von den besten Beispielen im In- und Ausland zu lernen;
– die Standardisierung in der gesam- ten Logistikkette vorangetrieben wird, und zwar jene des Roh- und Brennstoffes, jene der Bereitstel- lungstechnik, jene der Technik von Verbraucheranlagen, sowie jene der organisatorischen Abwicklung von Lieferungen.
Den Waldbesitzer motivieren
Für den Waldbesitzer lohnt sich die Nutzung von Energieholz momentan bekanntlich kaum. Er erwirtschaftet mit seinem Rohstoff keinen Gewinn;
der Erlös deckt bestenfalls die Ernte- kosten. Einziger Vorteil des Waldbe- sitzers ist die Möglichkeit, Koppel- produkte bzw. minderwertige Holz- sortimente abzusetzen und damit Forst- schutzprobleme im Nadelholz zu lösen sowie Folgekosten bei späteren Holz- erntemassnahmen zu vermeiden (Be- hinderungen durch liegen gelassenes Holz). Dass der Waldbesitzer Beiträge zur CO2-Reduktion erhält, ist noch nicht absehbar.
Damit zusätzliche Energieholzmen- gen aus dem Schweizer Wald mobili- siert und die Versorgung von Grossan- lagen (z.B. Holzvergasung/Methani- sierung) gesichert werden können, müssen die Waldbesitzer motiviert werden. Ausserdem ist von entschei- dender Bedeutung, dass die wirt- schaftlichen Vor- und Nachteile in der Energieholzkette auf alle Akteure gerecht verteilt werden.
Résumé
La Suisse voit également l'exploitation énergétique de la biomasse gagner en importance. Dans le cadre du projet ECOGAS, le WSL a examiné le poten- tiel lié à l'utilisation énergétique du bois et sa disponibilité économique dans la forêt suisse. A ce jour, les propriétaires de forêts n'exploitent que la moitié des trois millions de mètres cubes de bois qui pourraient être valorisés sur le plan énergétique. Pour remédier à cette situation, l'ensemble de la filière bois d'énergie doit être optimisée. il existe d'importants potentiels de rationalisa- tion dans la production ligneuse, les méthodes de récolte du bois ainsi que dans l'organisation et la gestion de la filière bois d'énergie.
Die WSL setzt grosse Hoffnung in das Projekt ECOGAS und auf die ener- getische Holznutzung. Bietet sich doch die Chance, die grossen Holzreserven im Schweizer Wald zu mobilisieren, regional Beschäftigung und Einkom- men für Betriebe der Waldwirtschaft zu schaffen und den CO2-Ausstoss durch Substitution fossiler Energieträ- ger zu reduzieren. Voraussetzung ist jedoch, dass das Produkt «Waldener- gieholz» wettbewerbsfähig ist. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Bereitstellungskosten für das Energie- holz gesenkt und dem Kunden Versor- gungssicherheit gewährleistet werden.
Die WSL will sich in einer Folge- untersuchung mit diesen Fragen be- fassen.
Von der Zelle zum Baum
Das interdisziplinäre Projekt «Von der Zelle zum Baum» startete im Frühling 2000 mit 10 Teilprojekten. Forsche- rinnen und Forscher untersuchen in kontrollierten naturnahen Experimen- ten (statistische Anordnung der Plots und Bepflanzung) den Einfluss von
Im Rahmen des WSL-Grossprojektes «Von der Zelle zum Baum» untersucht die WSL zusammen mit 13 in- und ausländischen Instituten den Einfluss von Schwermetallen im Oberboden auf junge Waldökosysteme. So genannte
«Modellwäldchen» sollen helfen, folgende Fragen zu beantworten: Was geschieht in der Erde, im Wasser und in den Pflanzen, wenn der Boden mäs- sig mit Schwermetallen belastet ist? Wie reagieren Laub- und Nadelbäume, die Unterwuchspflanzen und assoziierte Organismen? Und wie beeinflus- sen sich diese gegenseitig?
Madeleine S. Günthardt-Goerg
Schwermetallen im Oberboden auf jun- ge Modellwäldchen. Diese pflanzten wir in Lysimeterkammern und in ent- sprechenden Feld-Experimenten, um den Vergleich mit Freilandbedingungen zu ermöglichen. Besonderes Augen- merk gilt den Prozessen, die ablaufen,
wenn zur Schwermetallbelastung mehr oder weniger saure Niederschläge hin- zukommen respektive wenn der Unter- boden sauer oder kalkhaltig ist. In der Zwischenzeit ist die Zahl der Teilpro- jekte auf 31 angestiegen. 13 Institute sind daran beteiligt. Zusatzexperimen- te im Gewächshaus, in Klimakammern und im Labor, sowie Beobachtungen auf belasteten Standorten begleiten die Experimente mit den Modellwäldchen.
Am 27. April dieses Jahres haben sich die Forschenden und Gäste der Zelle- Baum-Familie an der WSL zur jähr- lichen Tagung getroffen. Einige der dort präsentierten Ergebnisse können Konsequenzen im Umgang mit bela- steten Flächen haben. Unter http://
www.wsl.ch/forest/wus/bioindic/zb/
fzb-de.htm finden Interessierte zusätz- liche Informationen.
