Das Feuer ist für den Menschen – zumindest aus evolutionärer Sicht – lebenswichtig. Zugleich hat es aber auch eine enorme Zerstörungskraft, wie man sie von den Brandrodungen im Regenwald kennt. Dennoch erzeugt gerade das Holzfeuer im Kamin oder der Blick ins lodernde Lagerfeuer ein unvergleichliches Gefühl von Gemütlichkeit in uns. Was wir uns hierbei aber immer wieder fragen: Wie und warum brennt Holz eigentlich?
Die chemischen Hintergründe
Der Hauptbestandteil von Holz ist die Zellulose. Dabei handelt es sich um organische langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle. Sie sind im Normalzustand fest genug, dass wir daraus Möbel bauen können, die über viele Jahre halten.
Damit das Holz selbstständig verbrennen kann, muss die Zellulose zunächst „aufgebrochen“ werden. Dies ist möglich, indem dem Holz anderweitig Wärme zugeführt wird – etwa, indem ein brennendes Stück Papier auf die Holzscheite gelegt wird.
Die Hitze, die von dem brennenden Papier ausgeht, erhitzt die Zellulose im Idealfall auf über hundert Grad Celsius. Dies hat zur Folge, dass sie in kurzkettige Kohlenwasserstoffe zerfällt.
Diese kurzkettigen Kohlenwasserstoffe sind gasförmig und erzeugen das eigentliche Feuer. Letztendlich handelt es sich bei den Flammen also ganz einfach um aufsteigende, kurzkettige Kohlenwasserstoffe.
Nun, da das Feuer entfacht ist, muss keine zusätzliche Hitze mehr von außen zugeführt werden. Die Hitze der Flammen sorgt dafür, dass weitere Zellulose aus dem Holz in Kohlenwasserstoff umgewandelt wird. So brennt das Feuer so lange, bis keine Zellulose mehr übrig ist.
Es kommt auf den Trockengrad an
Oft heißt es: Wer ein Lagerfeuer machen oder im Kamin ein Holzfeuer entfachen möchte, der benötigt trockenes Holz. Der Begriff „trockenes Holz“ meint dabei in der Regel solches Holz, das maximal 20 Prozent Wasser enthält.
Frisches Holz weist einen Wasseranteil von 40 bis 60 Prozent auf. Würde dieses Holz verbrannt werden, würde die freiwerdende Wärme zu einem großen Teil zum Verdampfen des Wassers verbraucht werden. Für die Aufspaltung der Zellulose wäre folglich nicht mehr allzu viel Wärme übrig und die Flamme würde erlöschen.
Deshalb muss für das Entzünden eines Holzfeuers trockenes Holz verwendet werden.
Damit frisches Holz trocknet, wird es in Form von langen Stücken oder Bohlen an einem trockenen Ort gelagert. Sind die Bohlen einen Zentimeter dick, bedarf es etwa ein Jahr, bis das Holz zum Feuer machen genutzt werden kann. Während dieser Zeit muss das Holz allerdings immer wieder kontrolliert werden, da es sonst zu einem Schädlingsbefall kommen kann und das Holz folglich unbrauchbar ist.
Der Ablauf einer Holzverbrennung
Jetzt stellt sich nur noch die Frage, wie Holz tatsächlich verbrennt.
Grundsätzlich findet die Verbrennung in drei Phasen statt:
- Trocknungsphase
- Entgasungsphase
- Ausbrandphase
Trocknungsphase
In der Trocknungsphase wird das im Holz enthaltene Wasser bei rund 100 Grad Celsius verdampft. Damit diese Temperatur gehalten werden kann, werden dem Feuer in dieser Phase vor allem kleine Holzscheite zugeführt. So können sich die Flammen entwickeln und immer größer werden.
Entgasungsphase
In der Entgasungsphase wird die Zellulose aufgespalten und in Gase (Kohlenwasserstoff) umgewandelt. Gleichzeitig zersetzt sich das Holz durch die Hitze.
Sobald eine Temperatur von 150 Grad Celsius erreicht wird, beschleunigt sich die Gasentwicklung. Die eigentliche Verbrennung beginnt allerdings erst bei 225 Grad Celsius. Ab diesem Zeitpunkt entzünden sich die entstandenen Gase. Nun wird die Wärme freigesetzt, die dafür sorgt, das keiner mehr frieren muss.
Der Höhepunkt der Verbrennung ist bei rund 300 Grad Celsius erreicht. Nun werden die größten Wärmemengen freigesetzt und die Flammen können Temperaturen von bis zu 1.100 Grad Celsius erreichen.
Ausbrandphase
Die flüchtigen Bestandteile machen etwa 80 Prozent der Holzsubstanz aus. Irgendwann sind sie aber alle verbrannt. Dann bleibt nur noch die Holzkohlenglut zurück. Sie verbrennt sehr langsam bei einer Temperatur von rund 800 Grad Celsius. Flammen treten hier nur noch vereinzelt auf.
Die Sauerstoffzufuhr ist entscheidend
Wie gut das Holz letztendlich verbrennt, ist auch davon abhängig, wie viel Sauerstoff dem Feuer zugeführt wird.
Ist die Luftzufuhr im Kamin stark begrenzt, kommt es zu einem Sauerstoffmangel. Dieser hat zur Folge, dass das Holz unvollständig verbrennt. Es bleiben hier deutlich mehr Holzreste übrig. Zudem entstehen Luftschadstoffe wie Kohlenmonoxid, Staub und Kohlenwasserstoff.
Da die Luft deutlich kühler als das Feuer ist, kann eine zu hohe Luftzufuhr zu einer Senkung der Feuerraumtemperatur führen. So wird auch hier der Wirkungsgrad verringert und die Verbrennung läuft unvollständig ab.
Zusammenfassung: deshalb brennt Holz
Der Grund dafür, dass Holz brennt, ist letztlich seine chemische Zusammensetzung bzw. die im Holz enthaltene Zellulose. Sie wird durch die Zufuhr hoher Temperaturen in Kohlenwasserstoffe zersetzt. Diese verbrennen und erzeugen dabei die roten, orangen und gelben Flammen.
Damit das überhaupt möglich ist, darf das Holz maximal 20 Prozent Wasser enthalten. Ansonsten werden die hohen Temperaturen ausschließlich zur Verdampfung des Wassers genutzt und das Feuer erlischt, noch bevor es überhaupt Wärme erzeugen kann.
