In den letzten Jahren wurden entrindende Harvesterköpfe (Debarking Heads) für mitteleuropäische Wälder erforscht und bis zur Praxistauglichkeit weiterentwickelt. Sie bieten vielfältige ökonomische und ökologische Vorteile bei vergleichsweise geringen Mehrkosten bei der Holzernte. Deutschlandweit befanden sich 2019 mehr als 30 solcher umgerüsteten Aggregate im Einsatz.
Während in den 1970er und 1980er Jahren in Bayern mehr als die Hälfte der Fichten entrindet verkauft wurden, sank dieser Wert zuletzt auf unter 5 %. Die Entrindungstechniken änderten sich von Schäleisen über mobile Entrindungsmaschinen hin zu stationären Entrindungsanlagen, der Ort der Entrindung verlagerte sich aus dem Wald in die Werke und wurde vom Holzernteprozess entkoppelt.
In Eukalyptus-Plantagen, ist die Entrindung hingegen Teil des vollmechanisierten Ernteprozesses. Hierfür werden bevorzugt "Euca Heads", entrindende Harvesterköpfe, eingesetzt. Diese wurden entsprechend den Anforderungen der Plantagenwirtschaft entwickelt und sind an geringe und homogene Durchmesser im Bestand angepasst. Sie ermöglichen eine effiziente Entrindung während der Holzernte im Kahlschlagverfahren, wobei Beschädigungen am Holzkörper nur eine untergeordnete Rolle spielen.
Abb. 1: Umgerüstetes Ponsse H7-Aggregat beim Entrinden einer Fichte in einem der Sommerversuche ( Foto: J. B. Heppelmann).
Debarking Heads für Mitteleuropa
Die Anforderungen an Harvesteraggregate in Mitteleuropa unterscheiden sich wesentlich von denen in Eukalyptus-Plantagen. Es werden verschiedene Baumarten geerntet, die Durchmesser-Spreitung ist groß und die Beschädigung des Holzkörpers sollte minimiert oder gar vermieden werden.
Seit 2014 erforschen daher die Fakultät für Wald und Forstwirtschaft der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) und das Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik e.V. (KWF) in zwei Projekten die Durchführbarkeit von Modifikationen an europäischen Harvesteraggregaten und deren Auswirkungen auf die Holzernte einschließlich der Logistikkette in Deutschland. Gefördert werden die Projekte durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL).
Für die Entwicklung mitteleuropäischer Debarking Heads wurden konventionell eingesetzte Fällköpfe umgebaut und das Ernteverfahren modifiziert. Eine Marktanalyse und die Kontaktaufnahme mit Forstmaschinen-Herstellern ergab drei Aggregate, mit denen eine Reihe von Versuchen durchgeführt werden konnten. Dabei handelt es sich um die Aggregate John Deere H480C, Log Max 7000C und Ponsse H7 (Abbildungen 2 und 3).
Abb. 2: Harvesterköpfe (v.l.n.r.) Log Max 7000C, John Deere H480C und Ponsse H7 nach der Modifikation zum Debarking Head entsprechend der Abbildung 3 (Fotos: J. B. Heppelmann und J. Grünberger).
Funktionsweise der Debarking Heads
Für die Umrüstung wurden je nach Modell verschiedene Bauteile ausgetauscht, beispielsweise die Vorschubwalzen und das Längenmessrad (Abbildung 3). Dabei wurden die Umbaumaßnahmen möglichst gering gehalten, um die Umrüstkosten und -zeiten zu minimieren. Über die technischen Modifikationen hinaus mussten verschiedene Maschineneinstellungen angepasst werden.
Die Entfernung der Rinde erfolgt durch die Vorschubwalzen, auf denen statt der konventionellen Stacheln messerartige Lamellen, sogenannte Stege, schräg aufgeschweißt sind. Durch den schrägen Anbau der Stege wird der Stamm im Aggregat um die eigene Längsachse in Rotation versetzt und die obere Rindenschicht wird auf ganzer Fläche gelockert. Die Messer können die Rinde dann entfernen. Um ausreichende Entrindungsprozente zu erreichen, müssen die Stämme mindestens dreimal in ganzer Länge durch das Aggregat gelassen werden. Bei den Aggregaten von Log Max und Ponsse erfolgt der Großteil der Entrindung bei den Vorwärtsbewegungen, also vom stärkeren zum schwächeren Ende, bei dem John Deere Aggregat in der Rückwärtsbewegung.
Zur Ermittlung der Entrindungsergebnisse wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Scientes Mondium UG die Software "Stemsurf" entwickelt, bei der anhand von digitalen Bildern das Entrindungsprozent ermittelt werden kann. Die Entrindungsprozente an Fichten (Picea abies) und Kiefern (Pinus sylvestris) lagen im Sommerversuch über alle Stärkeklassen hinweg bei dreimaligem Durchzug des Stammes in ganzer Länge durch das modifizierte Aggregat im Mittel bei 84 %. Im Winterversuch, also außerhalb der Saftzeit, sank das Entrindungsprozent im Mittel auf 56 % bei gleichem Versuchsaufbau. Bei den Versuchshieben wurden alle anfallenden Bäume entrindet und es konnte auch gezeigt werden, dass sich die modifizierten Debarking Heads auch für die Entrindung von Laubbäumen eignen.
Abb. 3: Schematischer Aufbau eines Harvesterkopfes mit entsprechenden Modifikationen am Log Max 7000C, John Deere H480C und Ponsse H7 (Quelle: J. B. Heppelmann).
Verbleib von Nährstoffen im Bestand
Die Rinde an Derbholz macht im Mittel etwa 5 % der oberirdischen Biomasse von Bäumen aus. Der Nährstoffgehalt der Rinde hängt grundsätzlich nicht nur von der Baumart, sondern auch vom Standort und der dort verfügbaren Nährstoffmenge ab. Die Verteilung der Nährstoffe in den Baumkompartimenten variiert stark. In Fichtenrinden ist das am stärksten vertretene Nährelement Calcium mit durchschnittlich 31 % des Gesamtvorrats dieses Nährelements im Baum. Bei jeder Holzerntemaßnahme, bei der keine Entrindung stattfindet, werden die rindengebundenen Nährelemente dem Wald entzogen.
Besondere Qualität als Brennstoff
Bei der Verbrennung von Holz entsteht Asche. Die zurückbleibenden Ascheanteile hängen von der Zusammensetzung des Brennmaterials ab. Bei der Verbrennung von Holz mit Rinde bleibt ein Ascheanteil von etwa 1 % bis 2,5 % zurück, bei der Verbrennung von Holz ohne Rinde etwa 0,8 % bis 1,4 %. Wird also entrindetes Holz verbrannt, fällt weniger Asche an. Dies vermindert die Ascheentsorgungskosten, erhöht die Lebensdauer und senkt die Wartungsintensität der Verbrennungsanlagen. Der Wirkungsgrad steigt und die Feinstaubemissionen werden reduziert.
Waldschutz
Ergänzung durch die "Redaktion waldwissen.net LWF": Aus Sicht von Waldschutzexperten kann eine Entrindung mit Debarking Heads analog der Handentrindung oder der maschinellen Entrindung beurteilte werden: Sie ist bei noch nicht befallenen Fichten als vorbeugender Brutraumentzug präventiv waldschutzwirksam. Und auch solange ausschließlich weiße Entwicklungsstadien der Fichtenborkenkäfer unter der Rinde vorhanden sind, bleibt diese Wirksamkeit bestehen.
Angesichts der ermittelten Entrindungsprozente (Vegetationszeit 84% und außerhalb 56%) bestehen aber begründete Zweifel an der ausreichenden Wirksamkeit zur Regulierung des Buchdruckers. So ergaben testweise Einsätze in norddeutschen Forstämtern in 2018 und 2019, dass in den am Stamm verbleibenden Rindenstreifen ausreichend Entwicklungsmöglichkeiten bestanden, so dass sich aus Larven- und/oder Puppenstadien noch größere Käfermengen entwickeln konnten.
Laufende Untersuchungen der Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA) zur Buchdruckerregulierung beim Einsatz von Harvesteraggregaten zeigen, dass bei der Beurteilung der Ergebnisse zwischen Prävention und Therapie, sowie hinsichtlich der Jahreszeit und der Entwicklungsstadien sorgfältig unterschieden werden muss.
Optimierung der Logistikkette
Entrindetes Holz trocknet bis zu 45 % schneller als nicht entrindetes Holz. Bei luftiger Polterung kann somit die Gefahr von Bläue, die besonders bei Holzfeuchten über 50 % auftritt, gemindert werden.
Die Herabsenkung der Holzfeuchte zieht darüber hinaus eine Abnahme der Masse mit sich, die sich positiv auf den Holztransport auswirkt, da bei gleichem Gewicht des Holztransportes mehr Holz geladen werden kann. Die glatte, zunächst seifige Oberfläche entrindeter Stämme führt zu einer Abnahme der Reibung der Stämme untereinander. Für einen sicheren Abtransport des Holzes empfiehlt sich daher eine Lagerungsdauer der Stämme von mindestens sieben Tagen bei trockener Witterung.
Ökonomische Bewertung
Die Kosten für die Umrüstung vom konventionellen zum entrindenden Aggregat variieren je nach Umfang (Abbildung 3) und Zeitaufwand der Umbaumaßnahmen. Um eine ausreichende Entrindung des Stammes zu erreichen, muss dieser, anders als bei der konventionellen Holzernte, mehrfach durch das Aggregat gelassen werden. Die reine Aufarbeitungszeit eines Stammes nahm bei den Versuchen um etwa ein Drittel zu. Die Gesamtarbeitsleistung des Harvesters (Fm/MAS) verringert sich dadurch um etwa 10 %. In den Versuchen, die in Fichten bzw. Kiefern dominierten Beständen stattfanden, stiegen die Gesamtkosten der Holzerntemaßnahme um bis zu 5 €/Fm, dabei wurden weitere Kostenfaktoren wie die Investitionskosten für die Umrüstsätze, die Standzeiten für die Umbauten am Aggregat und die Minderleistung während der Einarbeitungszeit des Maschinenführers nicht berücksichtigt.
Zusammenfassung
Die Weiterentwicklung von Debarking Heads, die in mitteleuropäischen Wäldern einsetzbar sind, wurde seit 2014 bis zur Praxistauglichkeit durchgeführt. Durch den Umbau konventioneller Aggregate ist eine Einbindung der Entrindung in den Holzernteprozess möglich. Beim Einsatz entrindender Harvesteraggregate steigen die Holzerntekosten im Vergleich zur Nutzung von konventionellen Aggregaten verfahrensbedingt leicht an, diese Erhöhung wird jedoch von den vielfältigen Vorteilen aufgewogen.
Der Verbleib der Rinde im Bestand sorgt für den Erhalt der rindengebundenen Nährstoffe im Wald. Durch die Entrindung wird den Fichtenborkenkäfern Brutraum entzogen, bei der Beurteilung des Verfahrens muss aber zwischen Prävention und Therapie, sowie hinsichtlich der Jahreszeit und der Entwicklungsstadien sorgfältig unterschieden werden.
Der Wegfall der Rinde führt eine Gewichts- und Volumenreduktion der Rundholzsortimente mit sich. Das Holz trocknet schneller ab, beim Transport wird bei gleichem Holzvolumen weniger Gewicht transportiert, die Kraftstoffeinsparungen kommen der Umwelt und "dem Geldbeutel" zu Gute. Die Verbrennung entrindeter Sortimente führt zu weniger Ascheanfall im Brennraum und zu geringeren Feinstaubemissionen.
In Deutschland befanden sich 2019 mehr als 30 Debarking Heads im Einsatz, europaweit über 40. Die holzbearbeitende Industrie, die die Rinde gerne für die Gewinnung von Strom und Wärme für Trocknungsanlagen verwendet, steht der Entrindung im Wald kritisch gegenüber. Studien zur Akzeptanz werden im weiteren Projektverlauf durchgeführt.
