Holzkohle

Absaugung auf dem Dach einer Imbissstube an einem Holzkohlegrill
Foto: Rainer Schwarz

hier stand ein Mülleimer, in den nach dem Grillen Asche der Holzkohle eingefüllt wurde
Foto: Mole Kaiser

Holzkohle ist ein fester Brennstoff und entsteht, wenn lufttrockenes Holz (auf 13 bis 18 % Wasser getrocknet) unter Luftabschluss- oder ohne Sauerstoffzufuhr auf 275 ° Grad Celsius erhitzt wird. Die Temperatur steigt dabei von selbst auf 350 bis 400 °C an (Holzverkohlung, Verkokung). Dabei verbrennen die leichtflüchtigen Bestandteile des Holzes. Als Rückstand erhält man neben gasförmigen Zersetzungsprodukten (vgl. Holzgeist) etwa 35 % Holzkohle. Diese schlägt beim späteren Verbrennen keine Flammen und brennt mit einer höheren Temperatur als Holz.

Eigenschaften und Zusammensetzung

Holzkohle ist ein kompliziertes Gemisch organischer Verbindungen mit 81 bis 90 % Kohlenstoff, 3 % Wasserstoff, 6 % Sauerstoff, 1 % Stickstoff, 6 % Feuchtigkeit und 1 bis 2 % Asche.
Die Holzkohle bildet ein lockeres, schwarzes Produkt mit der scheinbaren Dichte von 450 kg/m³ (Porosität|porös) und der wahren Dichte von 1.400 kg/m³ (porenfrei). Wegen der vielen mikroskopisch kleinen Nischen, Vertiefungen, Kanäle usw. (Porenvolumen 70 bis 85 %, innere Oberfläche 50 bis 80 m²/Gramm) kommt ihr ein hohes Adsorptionsvermögen zu.
Sie lässt sich verhältnismäßig leicht entzünden (200 bis 250 °C) und brennt ohne Flamme weiter, weil die flammenbildenden Gase bereits bei der Verkohlung entwichen sind. Pro kg Holzkohle werden bei der Verbrennung etwa 29 bis 33 MJ an Energie frei. Sie verbrennt Schwefel|schwefelfrei.

Herstellung

Verkohlung in Meilern und Haufen

Holzkohle wird durch Erhitzen von Holz bei Luftabschluss hergestellt. 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 von Rasen, Erde und Kohlenklein bedeckt wurde. Unter dieser Decke leitete man die Verbrennung bei sorgsam geregeltem Luftzutritt in der Weise, dass möglichst nicht mehr Holz verbrannte, als unbedingt erforderlich war, um die gesamte Holzmasse auf die Verkohlungstemperatur zu erhitzen.

Im Wesentlichen sollten nur die aus dem erhitzten Holze sich entwickelnden Gase oder Dämpfe verbrennen. War die Verkohlung vollendet, was man an der Farbe des entweichenden Rauchs erkannte, so ließ man den Meiler abkühlen und nahm ihn auseinander (Kohlenziehen, Kohlenlangen).
In Haufen oder liegenden Werken verkohlte man das Holz besonders in Süddeutschland, Russland und Schweden. Auch hierbei wurde das Holz in Haufen geschichtet, aber die Verkohlung erfolgte nur allmählich von einem Ende des länglichen Haufens zum anderen, und die verkohlten Stücke wurden sogleich gezogen.

Verkohlung in Öfen

Ganz ähnlich wie in Meilern oder Haufen verläuft die Verkohlung in runden oder eckigen gemauerten Meileröfen, die eine leichtere, vollständigere Gewinnung der Nebenprodukte (Teer, Holzessig, die beim Meilerbetrieb in der Regel verloren gehen) gestatten, aber eine geringere Ausbeute und weniger gute Kohle liefern. Bei diesen Öfen tritt, wie bei Meilern und Haufen, Luft zu dem zu verkohlenden Holz, und ein Teil desselben erzeugt durch seine Verbrennung die nötige Temperatur. Man hat aber den Verkohlungsprozess viel mehr in der Gewalt und kann ihn besser leiten, wenn man das Holz in Gefäßen, die von außen geheizt werden, also ohne Luftzutritt, verkohlt. Dies geschieht in Retorten, Röhren oder Zylindern zuweilen mit erhitzter Luft, mit Gichtgasen der Hochofen|Hochöfen, mit überhitzten Wasserdämpfen oder mit Anwendung von Gebläseluft.

Holzkohle zur Herstellung von Schießpulver

Eine solche sorgfältige Verkohlung ist besonders zur Gewinnung von Kohle für die Schießpulverfabrikation erforderlich. Dazu benutzt man große eiserne Zylinder, die außerhalb des Ofens gefüllt, mit einem Deckel verschlossen und in den Ofen geschoben werden. Ein großer beweglicher Deckel schließt den Raum, in dem sich der Zylinder befindet. Die aus dem Holze sich entwickelnden Gase leitet man in die Feuerung. Die Temperatur wird mittels eines Pyrometers bestimmt. Rotkohle für Jagdpulver wird mit überhitztem Wasserdampf hergestellt. Als Nebenprodukt erhält man Holzkohle bei der Herstellung von Leuchtgas aus Holz, bei der Herstellung von Holzessig und bei der Teerschwelerei. Holz gibt beim Erhitzen bis 150 °C nur hygroskopisches Wasser ab; dann entwickeln sich saure Dämpfe, von 300 °C ab immer dichter werdender gelber oder gelbbrauner Dampf und Gase. Beim Abkühlen der entweichenden Produkte erhält man Teer und Holzessig (der auch Methanol enthält). Die Ausbeute an Kohle ist um so geringer, je höher die Temperatur gesteigert wurde, und zugleich wird die Kohle beständig reicher an Kohlenstoff und Asche und entsprechend ärmer an Wasserstoff und Sauerstoff.

Das zwischen 270 und 300 °C erhaltene Produkt ist braun-schwarz (Rotkohle, Röstkohle), hat bei einer um die Hälfte größeren Ausbeute fast denselben Wirkungswert wie die über 340 °C erhaltene Schwarzkohle und wird deshalb zu metallurgischen Zwecken und wegen gewisser Eigenschaften zur Schießpulverfabrikation vielfach hergestellt. Mit dem Steigen der Verkohlungstemperatur wächst die Dichtigkeit und die Leitungsfähigkeit der Kohle für Wärme und Elektrizität; zugleich aber sinkt die Entzündlichkeit der Kohle und ihre Neigung, Feuchtigkeit anzuziehen.

Ergebnisse der Verkohlung mit diversen Holzarten

Vergleicht man das scheinbare Volumen (ohne Abzug der Zwischenräume) des Holzes mit dem der Kohle, so liefern

• Eichenholz 71,8 bis 74,3,
• Rotbuchenholz 73,
• Birkenholz 68,5,
• Hainbuchenholz 57,3,
• Föhrenholz 63,6 Prozent Kohle.

Dem wirklichen Volumen nach beträgt die Kohlenausbeute im Durchschnitt 47,6 Prozent. Wird das Holz bei 150 °C getrocknet und bei 300 °C verkohlt, so erhält man folgende Gewichtsprozente der Kohle:

• aus Eichenholz 46,
• aus Fichtenholz 40,75,
• Ulme 34,7,
• Hainbuche 34,6,
• Birke 34,17,
• Faulbaum 33,6,
• Eschen (Pflanzengattung) 33,3,
• Linde 31,85,
• Pappel 31,1,
• Rosskastanie 30,0

Harzfreies, nicht saftreiches Holz gibt glanzlose, höchst poröse Kohle; die aus harzigem, saftreichem Holz erhaltene Holzkohle enthält im Innern der Zellen die aus den Saftbestandteilen gebildete Glanzkohle. Stets ist Holzkohle leicht zerreiblich, aber nur infolge ihrer Struktur; die Kohlensubstanz selbst ist hart und ein gutes Poliermittel für Metall. Bei gewöhnlicher Temperatur ist sie höchst beständig und liegt jahrhundertelang im Boden, ohne sich zu verändern; an der Luft absorbiert sie begierig Gase und Dämpfe (s. Absorption (Chemie) und aus Flüssigkeiten gelöste Stoffe.

Die Gewichtszunahme frischer Kohle beim Liegen an der Luft beträgt in 24 Stunden bei Eichen- und Birkenkohle 4 bis 5 Prozent, Fichten-, Buchen-, Erlenkohle 5 bis 8 Prozent, Kiefern-, Weiden-, Pappelkohle 8 bis 9 Prozent, Tannenkohle 16 Prozent.

Absorptionseigenschaft der Holzkohle

Im allgemeinen absorbiert bei niedriger Temperatur hergestellte Kohle am stärksten. Der von der Kohle absorbierte Sauerstoff wirkt kräftig oxidierend, er verwandelt beispielsweise Schwefelwasserstoff in Schwefelsäure und Wasser, Ammoniak in salpetersaures Ammoniak, Schwefelammonium in schwefelsaures Ammoniak; auch Fäulnisprodukte werden energisch zerstört, und mit Kohle umgebenes Fleisch zersetzt sich erst nach längerer Zeit und ohne Fäulniserscheinungen. Kohle wirkt geruchlos machend, indem sie riechende Stoffe absorbiert; übelriechendes, fauliges Wasser wird durch frisch ausgeglühte Holzkohle gereinigt, Ethanol|Weingeist von Fuselölen befreit.

Aber die Kohle wirkt nicht auf die im Wasser enthaltenen mikroskopischen Organismen (Bakterien usw.), und beim Filtrieren des Wassers durch Kohle gehen dieselben durch den Filter; das Wasser wird also geruchlos, aber nicht von den Krankheiten übertragenden Organismen befreit.

Holzkohle absorbiert auch:

• Farbstoffe, insbesondere wirkt die stickstoffhaltige Kohle (Knochenkohle in erster Reihe) stark entfärbend. Neben den Farbstoffen werden auch
• Salze von der Kohle absorbiert, und darauf beruht zum großen Teil der Wert der Knochenkohle für die Zuckerfabrikation.
• Kohle entzieht dem Kalkwasser den Kalk, fällt Metalloxyde, besonders die der schweren Metalle, aus den wässerigen Lösungen ihrer Salze oder absorbiert letztere unverändert;
• Silber- und Kupfersalze werden durch Kohle reduziert.
• Bitterstoffe, Glykoside, Kohlehydrate, besonders Alkaloide, werden ebenfalls absorbiert.

Bei längerem Liegen an der Luft verliert sie ihr Absorptionsvermögen, erlangt es aber wieder durch Ausglühen; auch können der Kohle die aus Flüssigkeiten aufgenommenen Substanzen wieder entzogen werden (Wiederbelebung), so dass sie namentlich nach darauf folgendem Ausglühen von neuem benutzbar ist.

Verwendung

Man benutzt Holzkohle zur Erzeugung intensiver Hitze besonders überall da, wo Rauch- und Flammenbildung vermieden werden muss, beispielsweise im Schmiedefeuer, beim Glühendmachen von Plättstählen, bei chemischen Operationen, beim Erhitzen von Gegenständen im Zimmer usw.

Da sie Metalloxide reduziert, diente oder dient Holzkohle

• zur Gewinnung von Metallen aus den Erzen
• zur Herstellung von Schießpulver und Stahl,
• zum Fusel des Branntweins,
• zum Klären und Entfärben von Flüssigkeiten,
• zum Filtrieren des Wassers,
• zum Konservieren fäulnisfähiger Substanzen,
• zum Desinfizieren,
• zum Reinigen von Kohlensäure (für Mineralwässer), Wasserstoff, ranzigen Fetten und dumpfigem Getreide,
• als Zahnpulver,
• als Poliermittel für Metalle,
• zur Füllung von Aspiratoren für die Benutzung in Räumen, in denen sich schädliche Gase befinden.

Als Dünger macht Holzkohle den Boden locker und wirkt außerdem durch ihre Absorptionsfähigkeit für Ammoniak und Kohlensäure. Zierpflanzen mit faulenden Wurzeln können geheilt werden, wenn sie in mit Kohle gemischte Erde gebracht werden. Große Wunden an Saftgewächsen heilen leicht, wenn man sie mit Kohlenpulver bestreut, auch kann man solche Gewächse, Knollen und Samen für langen Transport gut in Kohle verpacken.

Retortengraphit und nach besonderem Verfahren bereiteter Koks werden zu galvanischen Batterien und zu den Polspitzen beim elektrischen Licht benutzt. Tierische Kohle dient namentlich zum Entfärben von Flüssigkeiten. Manche Kohlensorten dienen als schwarze Farbe (Frankfurter Schwarz, Beinschwarz, chinesische Tusche usw.), und Linden- und Weidenkohle werden zum Zeichnen benutzt.

Holzkohle war vor Entwicklung der Verkokung von Steinkohle zu Koks der notwendige Brennstoff zur Eisenwerk|Metallverhüttung sowie für die Esse des Schmiedes.

Heutige Verwendung

Heute wird Holzkohle für Freizeitzwecke (z. B. zum Grillen) technisch hergestellt.

Holzkohle, deren fein gegliederte Oberfläche viele unerwünschte organische Substanzen bindet, kann auch als Aktivkohle zum Filtern und Reinigen diverser Stoffe eingesetzt werden; z. B. bei der Herstellung von Wodka oder als Aktivkohle|Kohletablette bei Durchfall.

In der Archäologie ist Holzkohle wichtig für die Datierung von Schichten und Befund (Archäologie) (Radiokarbonmethode).

Seit kurzem wird Holzkohle auch als wiederentdeckter Bodenhilfszusatzstoff im Gartenbau und in der Landwirtschaft diskutiert unter dem Namen Terra preta.

Als Köhler wurde jemand bezeichnet, der in Meilern Holzkohle herstellte (siehe auch: Köhlerei). Dieser Beruf ist in Europa praktisch ausgestorben. Vereinzelte Köhlereien gibt es u. a. noch im Harz.

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