Was ist Pyrolyse und welche Funktion hat sie beim Heizen?

Was ist Pyrolyse genau?

Pyrolyse ist die Zersetzung fester oder flüssiger Stoffe bei hohen Temperaturen unter Sauerstoffausschluss. Dabei entstehen Gase, Flüssigkeiten und feste Rückstände wie Kohlenstoff.

In der Chemie liegt die Pyrolyse-Temperatur meist zwischen 400 und 700 °C. Im Kaminofen setzt die Pyrolyse schon früher ein, weil Holz kein reiner Stoff ist und die Bedingungen weniger kontrolliert sind als im Labor.

Der Name stammt aus dem Griechischen: „pyr" steht für Feuer, „lysis" für Auflösung. Gemeint ist eine Auflösung durch Hitze, nicht durch eine Flamme selbst. Deshalb zählt Pyrolyse in der Chemie zu den thermochemischen Verfahren, mit denen sich auch Biomasse gezielt in Brennstoffe oder Chemikalien umwandeln lässt.

Im Heizungskontext ist Pyrolyse vor allem als Teilschritt der Holzverbrennung relevant. Ohne sie würde ein Holzscheit im Kaminofen nicht brennen, sondern nur langsam verkohlen.

Wie läuft die Pyrolyse bei der Holzverbrennung ab?

Beim Verbrennen von Holz läuft die Pyrolyse als mittlere von drei Phasen ab. Auf die Trocknung folgt bei etwa 150–600 °C die Pyrolyse. Dabei werden bereits rund 70 % des Brennwerts im Holz freigesetzt. Danach verbrennt die entstandene Holzkohle im Ausbrand.

So sehen die drei Phasen an einem Holzscheit im Schwedenofen aus:

• Trocknungsphase: Bei Temperaturen bis rund 150 °C verdampft das im Holz gespeicherte Wasser. Das Holz trocknet aus, bekommt Risse und wird für den nächsten Schritt vorbereitet.
• Pyrolysephase: Zwischen etwa 150 und 600 °C entweichen brennbare Gase aus dem Holz. Sie erkennen diese Phase an hellen, gelben und länglichen Flammen, die aus dem Holzscheit schlagen.
• Ausbrandphase: Nach der Pyrolyse verbrennt die zurückbleibende Holzkohle bei Temperaturen zwischen 500 und 800 °C. Die Flammen wirken jetzt kleiner und fast durchsichtig.

Wie schnell die Pyrolyse abläuft, hängt auch von der Feuerstätte ab. Je dichter die Brennkammer ist, desto gleichmäßiger verläuft die Phase. Das unterscheidet einen modernen Kaminofen mit vielen Kaminarten von einem offenen Kamin.

Bei einer klassischen Holzheizung mit Scheitholzkessel läuft die Pyrolyse nach demselben Prinzip ab, nur in größerem Maßstab und mit mehr Holz gleichzeitig.

Was unterscheidet Pyrolyse von Vergasung?

Pyrolyse und Vergasung werden häufig verwechselt, meinen aber unterschiedliche Vorgänge. Bei der Pyrolyse entweicht Gas aus dem festen Holz, ohne dass dieses Gas dabei sofort reagiert. Bei der Vergasung reagiert das entstandene Pyrolysegas zusätzlich mit Sauerstoff und wird so zu einem neuen, brennbaren Gas.

Die Rückstände unterscheiden sich ebenfalls. Aus der reinen Pyrolyse bleiben organische Feststoffe oder Öl zurück. Aus der Vergasung entstehen Verbrennungsgase, die sich für einen weiteren Brennvorgang nutzen lassen.

In der Praxis laufen beide Vorgänge bei der Holzverbrennung meist unmittelbar hintereinander ab. Erst die Kombination aus Pyrolyse und Vergasung macht Holz zu einem nutzbaren Brennstoff.

Wie nutzen Holzvergaser und andere Feuerungen die Pyrolyse?

Ein Holzvergaser trennt Pyrolyse und Verbrennung bewusst in zwei Brennkammern, um mehr Energie aus dem Holz zu gewinnen. In der ersten Kammer verbrennen die Holzscheite wie in einem gewöhnlichen Ofen. Das dabei entstehende Pyrolysegas wird in eine zweite Kammer geleitet und dort bei sehr hohen Temperaturen verbrannt.

Ähnlich arbeiten Anlagen, die einen Holzvergaser zur Stromerzeugung nutzen. Im Unterschied zum reinen Heizkessel treibt das verbrannte Pyrolysegas hier zusätzlich eine Turbine an, die Strom erzeugt.

Auch eine Hackschnitzelheizung durchläuft die Pyrolysephase, allerdings mit kleinerem, gleichmäßigerem Brennstoff statt ganzer Holzscheite. Bei einer Pelletheizung läuft die Pyrolyse durch die einheitliche Pelletgröße besonders kontrolliert und mit wenig Restasche ab.

Pyrolyse wird auch außerhalb der Heiztechnik gezielt eingesetzt:

• Herstellung von Holzkohle: Um aus Holz Holzkohle zu machen, wird das Holz bei 400–600 °C unter Sauerstoffausschluss verschwelt. Früher übernahmen sogenannte Köhler diese Arbeit in speziellen Bottichen im Wald, heute erledigen das moderne Pyrolysekammern.
• Selbstreinigende Backöfen: Ein Pyrolyse-Backofen heizt sich auf 500 °C und mehr auf. Fettreste und Essensspritzer zu feiner Asche, die sich einfach auswischen lässt. Das Programm dauert je nach Verschmutzungsgrad ein bis drei Stunden.
• Müllverbrennung: In den 1990er-Jahren erprobte Siemens das sogenannte Schwel-Brenn-Verfahren, bei dem Müll zunächst pyrolysiert und die Rückstände anschließend verbrannt wurden. Nach mehreren Störfällen mit austretendem Pyrolysegas wurde die Technik wieder aufgegeben.

Kann Pyrolyse an Holzbauteilen in Kaminnähe zur Brandgefahr werden?

Ja, Holz beginnt bei dauerhafter Hitze schon ab etwa 100 °C langsam zu pyrolysieren, auch ohne offene Flamme. Über Monate sinkt dadurch die Zündtemperatur des Holzes deutlich. Deshalb schreiben Bauvorschriften feste Mindestabstände zwischen Schornstein und brennbaren Bauteilen vor.

Fachleute sprechen hier von einer thermischen Vorschädigung. Ein Holzbalken, der jahrelang neben einem zu heißen Schornstein liegt, kann sich irgendwann von selbst entzünden, obwohl die Temperatur unter der normalen Zündtemperatur von frischem Holz liegt.

Dieser schleichende Prozess wird auch als Schwelbrand oder Glimmbrand bezeichnet und baut sich oft über Monate auf, bevor eine offene Flamme entsteht.

Als Richtwert gilt: Die Oberflächentemperatur eines Schornsteins sollte dauerhaft unter 85 °C bleiben. Je nach Bauart braucht ein Schornstein einen Mindestabstand von 50–200 mm zu brennbaren Bauteilen, ein Rauchrohr ohne Abschirmung mindestens 200 mm.

Wer Holz, Dämmmaterial oder andere brennbare Stoffe in der Nähe von Kamin oder Rauchrohr lagert, sollte diese Abstände einhalten und die Anlage regelmäßig vom Schornsteinfeger prüfen lassen.

Ist Heizen mit Holz durch Pyrolyse eine zeitgemäße Alternative?

Eine saubere Pyrolyse macht Holz zu einem effizienten Brennstoff, komplett schadstofffrei ist die Verbrennung aber nicht. Das Umweltbundesamt weist in seinem Ratgeber zum Heizen mit Holz darauf hin, dass Holz in einfachen Feuerstätten ohne automatische Regelung selten vollständig verbrennt und dabei Feinstaub freisetzt.

Wie viel Feinstaub entsteht, hängt stark vom Ofen, vom Brennstoff und von der Bedienung ab. Ein gut eingestellter Holzvergaser mit sauberer Pyrolyse schneidet deutlich besser ab als ein offener Kamin mit feuchtem Holz.

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Die laufenden Kosten einer Holzheizung hängen dagegen stark von den Pelletspreisen oder dem regionalen Holzpreis ab. Neben Holz zählen auch Sonne, Umweltwärme und Biomasse zu den Optionen, wenn Sie mit erneuerbaren Energien heizen möchten.

Fazit

Pyrolyse ist der Schritt, der Holz überhaupt erst zum Brennen bringt. Ohne die Gase aus der Pyrolysephase gäbe es im Kaminofen keine Flamme, nur langsam glimmende Kohle.

In Holzvergasern lässt sich dieser Vorgang gezielt steuern, um mehr Wärme aus dem gleichen Brennholz zu holen. Wer mit Holz heizt, profitiert von einer sauberen Pyrolyse und sollte gleichzeitig die Sicherheitsabstände zu brennbaren Bauteilen im Blick behalten.

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