Vom kalten Scheit bis zur brennbaren Holzsubstanz
Damit Holz überhaupt intensiv verbrennen kann, muss zunächst Energie in den Brennstoff gelangen. Ein frisch nachgelegtes Scheit wird deshalb zuerst durch Strahlungswärme der Flammen, die heiße Glut und die erwärmten Feuerraumflächen aufgeheizt.
Ein Teil dieser Energie wird zunächst dafür benötigt, Wasser aus dem Holz zu entfernen. Bei ausreichend hoher Temperatur verdampft die Feuchtigkeit und wandert aus dem Inneren des Scheits nach außen. Das ist einer der Gründe, weshalb feuchtes Brennholz ungünstig verbrennt: Energie, die eigentlich hohe Temperaturen im Feuerraum unterstützen könnte, wird zunächst für die Erwärmung und Verdampfung des Wassers benötigt.
Die Vorgänge lassen sich vereinfacht so einordnen:
Bereich |
Was im Holz geschieht |
|---|---|
Erwärmung |
Das Scheit nimmt Wärme aus Feuerraum und Glutbett auf. |
Trocknung |
Enthaltenes Wasser erwärmt sich, verdampft und tritt aus dem Holz aus. |
Beginnende thermische Zersetzung |
Ab ungefähr 150 °C werden organische Holzbestandteile zunehmend zerlegt. |
Starke Freisetzung flüchtiger Stoffe |
Mit steigender Temperatur entstehen zunehmend brennbare Gase und Dämpfe. |
Verkohlung |
Zurück bleibt immer mehr kohlenstoffreicher Feststoff. |
Die Grenzen sind keine festen Schaltpunkte. Temperatur, Scheitgröße, Holzart, Restfeuchte und Wärmeeintrag beeinflussen, wann ein Vorgang besonders stark abläuft.
Bei einem dicken Scheit kann beispielsweise die Oberfläche bereits verkohlt sein, während im Inneren noch Feuchtigkeit verdampft. Holz leitet Wärme vergleichsweise schlecht. Dadurch entstehen innerhalb eines einzigen Scheits erhebliche Temperaturunterschiede.
Warum trockenes Brennholz den Ablauf erleichtert
Bei gut getrocknetem Scheitholz muss weniger Wasser ausgetrieben werden. Dadurch erwärmt sich der Brennstoff schneller auf die für die weitere Zersetzung erforderlichen Temperaturen.
Für Scheitholz wird deshalb üblicherweise ein Wasseranteil von ungefähr 15 bis 20 Prozent angestrebt. Sehr feuchtes Holz kann dagegen die Feuerraumtemperatur drücken. Die Folge kann eine schlechtere Verbrennung der entstehenden Gase sein.
Dass feuchtes Holz trotzdem irgendwann Feuer fängt, bedeutet also nicht, dass die Bedingungen günstig sind. Brennen und sauber verbrennen sind zwei verschiedene Dinge.
Bei der Pyrolyse wird Holz zunächst zu Gasen und Holzkohle
Ein entscheidender Vorgang beginnt bereits ab ungefähr 150 °C: Die organischen Bestandteile des Holzes verändern und zersetzen sich unter Wärmeeinwirkung. Dieser Prozess wird als Pyrolyse bezeichnet.
Holz besteht zu einem großen Teil aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Diese komplexen Stoffe zerfallen beim Erhitzen in zahlreiche kleinere Verbindungen. Dabei entstehen unter anderem:
- Kohlenmonoxid,
- Wasserstoff,
- Methan,
- weitere Kohlenwasserstoffe,
- Wasserdampf,
- organische Dämpfe und teerartige Verbindungen.
Gleichzeitig bildet sich ein fester, zunehmend kohlenstoffreicher Rückstand – vereinfacht gesagt Holzkohle.
Damit wird auch eine verbreitete Vorstellung korrigiert: Die sichtbaren Flammen verbrennen größtenteils nicht das feste Holz unmittelbar. Sie entstehen vor allem dort, wo aus dem heißen Holz austretende Gase und Dämpfe mit Sauerstoff zusammentreffen und reagieren.
Deshalb befindet sich die Flamme häufig etwas oberhalb der Holzoberfläche.
Je stärker sich ein Scheit erwärmt, desto intensiver kann die Freisetzung dieser flüchtigen Bestandteile werden. Nach dem Nachlegen ist das besonders gut zu beobachten: Erst erwärmt sich das neue Holz, kurz darauf nimmt die Gasfreisetzung deutlich zu und die Flammen werden kräftiger.
Die schwarze oder dunkelbraune Oberfläche eines angekohlten Scheits zeigt gleichzeitig, dass darunter bereits ein anderer Brennstoff entstanden ist. Ein beträchtlicher Teil der leicht flüchtigen Bestandteile hat das Material verlassen. Zurück bleibt poröse Holzkohle, deren Verbrennung später eine immer größere Rolle übernimmt.
Vergasen und Verbrennen sind zwei eng miteinander verbundene Vorgänge
Pyrolyse, Vergasung und Verbrennung werden im Alltag häufig unter dem Begriff „Holz brennt“ zusammengefasst. Chemisch betrachtet sind es jedoch unterschiedliche Vorgänge.
Bei der Vergasung entstehen aus dem bereits veränderten Brennstoff unter hohen Temperaturen weitere brennbare Gase. Bei Temperaturen oberhalb von ungefähr 500 °C können kohlenstoffreiche Rückstände und andere Zwischenprodukte unter sauerstoffarmen Bedingungen weiter umgesetzt werden.
Die eigentliche Verbrennung folgt dort, wo diese brennbaren Bestandteile ausreichend Sauerstoff bekommen.
Vereinfacht läuft der Prozess so ab:
-
Wärme erreicht das Holz.
Wasser verdampft und die Holzsubstanz beginnt sich zu zersetzen. -
Brennbare Stoffe werden freigesetzt.
Gase und Dämpfe verlassen die erhitzte Holzoberfläche. -
Die Brenngase treffen auf Sauerstoff.
Bei ausreichend hoher Temperatur können sie sich entzünden. -
Die Gase verbrennen im Feuerraum.
Im günstigen Fall entstehen überwiegend Kohlendioxid und Wasser. -
Der feste Kohlenstoff bleibt zurück.
Nach und nach übernimmt die Glutverbrennung.
Für eine möglichst vollständige Verbrennung reicht Sauerstoff allein allerdings nicht. Entscheidend sind mehrere Bedingungen gleichzeitig: ausreichend hohe Temperatur, genügend Sauerstoff, eine gute Vermischung von Brenngasen und Verbrennungsluft sowie genügend Zeit für die Reaktionen.
Das erklärt auch, weshalb die Luftführung eines Kaminofens wichtig ist. Moderne Feuerstätten führen Verbrennungsluft nicht zwingend nur von unten zum Glutbett. Zusätzliche Luft kann gezielt in Bereiche gelangen, in denen die aus dem Holz freigesetzten Gase verbrennen sollen.
Zu frühes starkes Drosseln der Luftzufuhr kann diese Gasverbrennung verschlechtern. Dann verlassen Stoffe den Brennstoff, finden aber nicht mehr überall geeignete Bedingungen für eine vollständige Oxidation. Kohlenmonoxid, organische Verbindungen, Ruß und weitere Verbrennungsprodukte können dadurch zunehmen.
Wenn die Flammen verschwinden, beginnt der Glutabbrand
Irgendwann hat das Holz einen großen Teil seiner flüchtigen Bestandteile abgegeben. Die kräftigen Flammen werden kleiner und verschwinden schließlich weitgehend. Das bedeutet jedoch keineswegs, dass der Brennstoff bereits vollständig verbraucht ist.
Übrig bleibt eine poröse, kohlenstoffreiche Struktur: Holzkohle.
Nun dominiert eine andere Form der Verbrennung. Sauerstoff reagiert direkt an der heißen Oberfläche des festen Kohlenstoffs. Der Brennstoff glüht rot oder orange, obwohl kaum noch sichtbare Flammen vorhanden sind.
Dieser sogenannte Glutabbrand verläuft langsamer als die vorherige intensive Gasverbrennung.
Dabei passiert Folgendes:
- Sauerstoff gelangt an die Oberfläche der Holzkohle.
- Kohlenstoff wird schrittweise oxidiert.
- Dabei entstehen hauptsächlich Kohlendioxid und – bei ungünstigen Bedingungen – auch Kohlenmonoxid.
- Die Kohlestruktur wird immer kleiner.
- Nicht brennbare mineralische Bestandteile bleiben als Asche zurück.
Die poröse Struktur der Holzkohle ist dabei wichtig. Sie bietet Sauerstoff eine große Reaktionsfläche. Deshalb können kleine glühende Kohlereste noch beträchtliche Wärme abgeben.
Gelegentlich sind über einem Glutbett weiterhin kleine, teils bläuliche Flammen zu erkennen. Auch in dieser Phase können noch brennbare gasförmige Zwischenprodukte entstehen und oberhalb der Glut oxidieren.
Warum man ein Glutbett nicht unterschätzen sollte
Ein scheinbar fast erloschenes Feuer enthält häufig noch genügend Energie, um neues Holz schnell aufzuheizen. Genau deshalb funktioniert das Nachlegen auf ein kräftiges Glutbett deutlich besser als auf einen nahezu ausgekühlten Feuerraumboden.
Umgekehrt bedeutet fehlende Flamme nicht, dass keine Verbrennung mehr stattfindet. Glut kann sehr lange reaktionsfähig bleiben. Beim Öffnen der Feuerraumtür oder bei veränderter Luftzufuhr kann erneut mehr Sauerstoff an die Kohle gelangen und den Abbrand verstärken.
Was die Verbrennungsphasen über richtiges Heizen verraten
Wer den Ablauf kennt, kann viele Verhaltensweisen eines Holzfeuers besser einordnen. Vor allem wird verständlich, warum sich ein Scheitholzfeuer nicht sinnvoll ausschließlich über die sichtbare Flamme beurteilen lässt.
Ein gutes Beispiel ist das Nachlegen. Neues Holz auf vorhandene Glut zu legen bedeutet nicht, dass es unmittelbar vollständig brennt. Erst muss Wärme in das Scheit gelangen. Danach setzt eine stärkere Freisetzung brennbarer Gase ein. Gerade in dieser Zeit benötigt der Feuerraum geeignete Bedingungen, damit diese Stoffe tatsächlich verbrennen können.
Auch die Scheitgröße spielt eine Rolle. Kleine Scheite besitzen im Verhältnis zu ihrem Volumen viel Oberfläche. Sie erwärmen sich schneller und setzen ihre flüchtigen Bestandteile vergleichsweise rasch frei. Sehr große Scheite reagieren träger und können im Inneren noch deutlich kühler sein, während ihre Außenseite bereits verkohlt.
Für die Praxis sind deshalb vor allem diese Punkte entscheidend:
- ausreichend trockenes und für die Feuerstätte geeignetes Brennholz verwenden,
- die vom Hersteller vorgesehene Brennstoffmenge und Scheitgröße beachten,
- neues Holz auf ein ausreichend heißes Glutbett legen,
- während der intensiven Gasfreisetzung genügend Verbrennungsluft bereitstellen,
- die Luftregelung nach Herstellervorgabe bedienen,
- ein glühendes Feuer nicht mit einem vollständig abgeschlossenen Verbrennungsvorgang verwechseln.
Besonders wichtig ist dabei der Blick in die Bedienungsanleitung des jeweiligen Ofens. Luftführung, Brennstoffmenge und Betriebsweise unterscheiden sich zwischen Feuerstätten. Allgemeine Regeln können die Vorgaben für ein konkretes Gerät deshalb nicht ersetzen.
Vom Holzscheit zur Asche
Holzverbrennung ist eine Kette miteinander verbundener Prozesse. Zuerst wird das Scheit erwärmt und getrocknet. Anschließend zerfallen seine organischen Bestandteile, brennbare Gase werden freigesetzt und bei geeigneten Bedingungen mit Sauerstoff umgesetzt. Zurück bleibt kohlenstoffreiche Holzkohle, die im Glutbett langsam weiter verbrennt. Erst am Ende bleiben vor allem die nicht brennbaren mineralischen Bestandteile als Asche zurück.
Die Phasen greifen dabei ineinander. Gerade diese Überschneidung erklärt, warum ein Scheit außen bereits glühen kann, während sein Inneres noch erhitzt wird. Wer das versteht, kann Flammenbild, Glutbett und das Verhalten nachgelegter Scheite wesentlich besser einordnen.
