Hölzerne Riesen

Jahrhundertelang hat der Mensch die Kraft des Windes mittels hölzerner Windmühlen genutzt – damals noch, um Mahlsteine anzutreiben. Auch die ersten Windrotoren zur Stromerzeugung Ende des 19. Jahrhundert bestanden noch aus Holz. Sie waren jedoch so wenig effektiv, dass andere Technologien den Vorzug erhielten. Die modernen Windräder, die seit den 1970er-Jahren infolge zweier Ölkrisen und der aufkommenden Umwelt- und Energiedebatte Verbreitung fanden, wurden aus Stahl, Beton und GFK statt Holz gebaut.

Diese Bauweise hatte vor allem einen Grund: Für große Windräder kam Holz vor 50 Jahren noch nicht infrage. Denn es ist von Natur aus zu inhomogen: Es gibt Astlöcher, unregelmäßige Fasern und Drehwuchs. Die Gefahr, dass lange Bauteile unter der Last eines Sturms nachgeben, war zu groß.

Doch dieses Problem hat sich in der Zwischenzeit erledigt: Für sogenanntes Furnierschichtholz werden die Jahresringe des Baumes einzeln abgeschält und als Laminat Schicht für Schicht verleimt. Das Resultat hält bombenfest und trägt in alle Richtungen gleich gut. Es ist absolut homogen.

Ein Pionierbau in Hannover

Und so kamen 2006 zwei junge deutsche Ingenieure auf der Suche nach einer Alternative für Stahl auf die Idee, eine moderne Windkraftanlage aus Holz zu bauen. Sie verwendeten dazu damals noch Brettsperrholz, bei dem mehrere Massivholzbretter kreuzweise flächig aufeinander verleimt werden, sodass auch sie bereits weitgehend homogen sind. Gregor Prass und Holger Giebel konstruierten daraus einen 100 Meter hohen achteckigen Rohrturm mit innenliegendem Gerüst und einer Außenhaut aus feuchteresistentem Kunststoff. Sie gründeten gemeinsam mit Gleichgesinnten die Firma TimberTower und errichteten 2012 mit Unterstützung durch Investoren und den deutschen Windkraftanlagen-Hersteller Vensys aus rund 400 Kubikmetern Fichte den ersten Holzwindkraftturm der Welt. Er steht in Hannover-Marienwerder. Das Fundament ist wie üblich aus Beton, doch obenauf sitzt ein etwa 100 Tonnen schweres Maschinenhaus aus Stahl mit fast 40 Meter langen Rotorblättern aus dem Verbundwerkstoff GFK.

Die Anlage läuft bis heute mit einer installierten Leistung von 1,5 Megawatt. Dennoch hat sich Holz als Baumaterial für Türme bislang nicht durchgesetzt, die Firma TimberTower gibt es nicht mehr. „Das hatte verschiedene Gründe“, sagt Prass heute. Banken und Investoren befürchteten, die Klebetechniken zum Verbinden der Holzsegmente seien nicht haltbar genug. Und auch Holzbauunternehmen seien zögerlich und trauten sich an solche Großprojekte nicht so recht heran. Hinzu komme, berichtet Mitgründer Giebel, dass sich Windkraftingenieure mit Holz nicht auskennen. Warum auch? Bis dato waren Hersteller und Betreiber mit Stahl, Beton und GFK wunderbar zurechtgekommen und haben gute Geschäfte gemacht. Der Druck, neu zu denken, ist erst in den letzten Jahren so groß geworden, da das Klimaproblem sich zuspitzt und die Türme von Windkraftanlagen immer eindrucksvollere Höhen erreichen sollen.

Am Baumaterial Holz selbst liegt es jedenfalls nicht – das bestätigen auch unabhängige Experten wie Torsten Faber, Direktor des Wind Energy Technology Institute an der Hochschule Flensburg. Er erforscht seit vielen Jahren Holzbautechniken für die Windkraft. „Die Konstruktion des TimberTower war aufgrund der damals noch mangelnden Erfahrung sogar überdimensioniert, was den Einsatz von Holz und Leim angeht“, meint Faber. „Das geht noch viel effizienter.“ Der Flensburger Wissenschaftler ist überzeugt, dass Holz die herkömmlichen Materialien für Windenergieanlagen – auch für Fundamente und Rotoren – nicht nur gleichwertig ersetzen kann, sondern sogar diverse Vorteile bietet. Und die zeigen sich nicht nur in Sachen Klimaschutz.

Negative CO2-Bilanz

Der diesbezügliche Vorteil liegt auf der Hand. Während Stahl, Beton und GFK in ihrer energieintensiven Herstellung enorme Mengen an Treibhausgasen verursachen, ist der CO2-Effekt von Holz bilanziell sogar negativ: Es entzieht der Atmosphäre quasi Treibhausgase. Das schwedische Start-up Modvion, das nun ebenfalls mit dem Konzept von Windkraftanlagen aus Holz antritt, rechnet das so vor: Der Bau eines konventionellen 110-Meter-Turms aus Stahl verursacht etwa 1250 Tonnen CO2. Ein entsprechender Turm aus Holz liegt bei einem Zehntel. Und das wird mehr als kompensiert, weil in dem Holz ungefähr 500 Tonnen CO2 gebunden sind, das die dafür verarbeiteten Bäume zuvor der Atmosphäre entzogen haben. Netto sind die Emissionen also negativ. Mit Blick auf die Umwelt kommt hinzu, dass sich Holz viel leichter in kleineren Segmenten mit normalen Lastwagen anliefern lässt, um dann vor Ort nach dem IKEA-Prinzip zusammengesetzt zu werden. Das senkt Kosten und Emissionen. Außerdem ist es gut wiederverwendbar – zum Beispiel für den Bau anderer Gebäude.

Doch auch bei der Haltbarkeit trumpft der Naturstoff auf – und das überrascht selbst Ingenieure: „Als wir den TimberTower bauten, befürchteten einige, das Holz könnte der Witterung ausgesetzt schnell vermodern oder sei leicht brennbar“, berichtet Gregor Prass. „Manche glauben das noch heute. Doch das Gegenteil ist der Fall.“ Stahltürme sind in der Regel auf 20 Jahre Lebensdauer ausgelegt und müssen aufwendig gegen Rost geschützt werden. Ein Beispiel bietet der Eiffelturm in Paris: Seine Schutzmaßnahmen gegen Rost verschlingen Unsummen an Geld. Der bald 90 Jahre alte, ebenfalls in Gitterturm-Manier errichtete Sender von Gleiwitz in Polen dagegen, mit 118 Metern der höchste Holzturm der Welt, erfordert nur alle 25 Jahre mal eine neue Ölung, sagt Prass. Ansonsten ist der Wartungsbedarf gleich Null. Der Turm ist aus Lärchenholz gebaut.

Vorteile beim Brandschutz

Auch bei Feuer schneidet Holz in Wahrheit besser ab. „Wird Stahl zu heiß, weicht er auf und fällt schlagartig in sich zusammen“, erklärt Prass. „Holz dagegen bleibt lange standhaft – nicht zuletzt, weil sich zunächst außen eine isolierende Ascheschicht bildet, die brandhemmend wirkt und die inneren Schichten intakt lässt.“ Dazu kommt die Tragfähigkeit: Zwar könne Stahl pro Volumen mehr tragen als Holz, erläutert Forscher Faber. Doch bezogen auf das Eigengewicht habe Holz eindeutig die Nase vorn, da es viel leichter ist: „Nicht umsonst werden Dachstühle von Gebäuden aus Holz errichtet. Würde eine Halle von Stahlträgern überspannt, so bögen sich diese allein schon unter ihrem Eigengewicht durch.“

Der vielleicht größte Vorteil von Holz in der Windkraft aber ist die so genannte Ermüdungsfestigkeit: Wenn der Wind stetig an der Anlage zerrt und mit jeder Umdrehung der Rotoren ein Impuls durch sie fährt, hält Holz stand – es ist von Natur aus daraufhin optimiert. Stahl hingegen ist nicht so flexibel und ermüdet deutlich schneller. „Unterm Strich hat Holz materialtechnisch sehr günstige Eigenschaften für den Turmbau – theoretisch wären Höhen bis 1,5 Kilometer möglich“, sagt Otto Lundman, Mitgründer und CEO von Modvion. Außerdem könne ein hölzerner Turm mit ein wenig Pflege bis zu 1000 Jahre halten, ergänzt Gregor Prass.

Sorgfältige Verleimung nötig

Der einzige verbleibende Knackpunkt beim Holz, räumt Torsten Faber ein, liegt in den Verbindungen der Bauteile, deren Segmentierung und entsprechend leichter Transport im Vergleich zu Stahl ja einen der Vorteile darstellt. „Sie müssen sehr sorgfältig verleimt werden, weil sonst der Kraftfluss gestört wird“, erklärt der Wissenschaftler. „Wasser könnte eindringen, das Holz quellen, Spannungen entstehen und sich Risse bilden, die die Tragfähigkeit beeinträchtigen.“ Doch das lasse sich lösen, wenn die Bauarbeiter entsprechend geschult werden.

Für Furnierschichtholz geeignet seien viele Holzarten, sagt Faber. Aktuell bietet sich Fichte an, da davon am meisten verfügbar ist. Doch prinzipiell kommen auch Tanne und andere Sorten infrage. „Der Trend geht in Deutschland zur Buche, weil diese heimische Baumart mit Wind und Wetter hierzulande besser klarkommt als die Fichte und die Forste entsprechend umgebaut werden. Eiche ginge sicher auch, ist aber eigentlich zu wertvoll, um daraus Furnierschichtholz herzustellen.“

Experten erwarten einen Preisvorteil

Was der Bau von Windkraft-Holztürmen letztlich kosten wird, ist noch unklar. Den rund fünf Millionen Euro teuren TimberTower kann man mit Stahltürmen, die in dieser Größe weniger als eine Million kosten, nicht vergleichen. Prototypen sind naturgemäß immer viel teurer. Die Erbauer des TimberTower schätzten damals, dass bei Serienfertigung ein Preisvorteil von 10 bis 20 Prozent gegenüber Stahltürmen entstehen sollte, wobei der Vorteil mit zunehmender Höhe größer wird, was nicht zuletzt an den Transportkosten liegt. Auch Modvion versichert, dass ihre Türme auf jeden Fall günstiger sein werden als bisherige Lösungen. Um wie viel, lässt sich schwer sagen, weil die Preise von Stahl, Beton und Holz starken Schwankungen unterliegen. Torsten Faber geht davon aus, dass die Zeit dem Holz in die Hände spielen wird: „Spätestens, wenn die CO2-Zertifikate mit angemessenem Preis kommen, werden die herkömmlichen Materialien sehr teuer werden.“

Genug Rohmaterial wäre jedenfalls da. Der rund 165 Meter hohe Turm einer 6-Megawatt-Anlage, wie sie derzeit an Land Standard ist, erfordert etwa 1000 Kubikmeter Holz. Wenn Deutschland seine 2022 im Erneuerbare-Energien-Gesetz formulierten Ziele von 115 Gigawatt Windenergie bis 2030 erreichen will, müssten laut dem Energieexperten Volker Quaschning von der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin an die 15.000 solche Anlagen gebaut werden, also pro Jahr etwa 2000. Das bedeutet einen Bedarf von zwei Millionen Kubikmeter Holz pro Jahr. Eingeschlagen wurden 2022 in Deutschland knapp 80 Millionen Kubikmeter, sogar mehr als 125 Millionen Kubikmeter wachsen laut Bundeswaldinventur jährlich nach. Das sollte demnach reichen.

Wahrscheinlich wäre sogar genug Holz da, um neben den Türmen, die bei einer Windkraftanlage am meisten Material benötigen, die Fundamente und Rotoren ebenfalls aus Holz zu bauen. Auch das ist technisch machbar. Am Institut von Torsten Faber etwa wird erforscht, wie man selbst die modernen, riesigen Rotoren von über 100 Meter Länge aus Holz konstruieren kann: „Vollholz wäre dafür viel zu schwer“, sagt Faber. „Wir arbeiten an Hohlraumkonstruktionen, wie sie auch bei GFK üblich sind, um Gewicht zu sparen. Man kann das mit kohlefaserverstärkten Kunststoffen festigen, das muss aber nicht sein.“

Der finnische Holzlieferant Stora Enso hat gemeinsam mit dem deutschen Start-up Voodin Blade angekündigt, Ende 2023 eine Windenergieanlage mit Holzrotoren fertigzustellen. Allerdings soll das bloß eine kleine Testversion mit Blättern von nur 20 Metern Länge sein.

Es startet ein neuer Anlauf

Pionier Prass hat ebenfalls Rotoren und Fundamente aus Holz entworfen. Doch einstweilen konzentriert er sich auf die Türme, weil sie am einfachsten zu bauen und die Vorteile am leichtesten zu vermitteln sind. Mit einer neu gegründeten Firma arbeitet er an neuen Holztürmen – vor allem für die Windkraft, aber auch für Sendemasten im neuen 5G-Funknetz. „Mit einem Projektentwickler im Fichtelgebirge arbeite ich gerade an vier Anlagen mit 165 Metern Nabenhöhe und 6 Megawatt Leistung. Auch in Niedersachsen und Mecklenburg-Vorpommern sind je zwei Anlagen konkret in Planung.“ Prass ist zuversichtlich, dass diesmal der Durchbruch gelingt. „Eigentlich müsste nur einmal jemand den Mut haben, gleich einen ganzen Park mit 50 oder 100 Windrädern aus Holz zu bauen, um dem Thema Schwung zu geben“, sagt der Pionier. „Ich bin mir sicher, dass dann niemand mehr Türme aus Stahl haben will.“

Theo Peters, Geschäftsführer des deutschen Windenergieanlagen-Herstellers Vensys, der zum TimberTower die Turbine beisteuerte und auch weitere Holzprojekte unterstützt, pflichtet Prass bei: „Das Problem ist, dass die Anlagenbetreiber vom Hersteller eine Garantie haben wollen, dass die Anlage mindestens 20 Jahre hält. Und es gibt eben noch keinen Hersteller von Holztürmen, der die bieten kann. Es ist ein Art Henne-Ei-Problem.“ Eine mögliche Lösung sieht Peters darin, dass ein Unternehmen, das an Holz glaubt, die Anlagen selbst baut und betreibt – zum Beispiel ein großer Energieversorger.

Doch es kommt Bewegung in die Angelegenheit. In Österreich baut die Firma Green Tower Entwicklungs GmbH, ein Tochterunternehmen der Hasslacher Gruppe, einen hölzernen Windkraftturm mit Fachwerkstruktur statt des üblichen achteckigen Rohrturms – also ähnlich dem Eiffelturm und dem Sender Girlitz. Im Herbst soll das Bauwerk stehen. Die Hasslacher Gruppe ist ein österreichisches Holzbau-Großunternehmen.

Modvion hat 2020 einen 30-Meter-Turm für Forschungszwecke auf der schwedischen Insel Björkö errichtet und arbeitet aktuell als erstes kommerzielles Projekt an einem 100-Meter-Holzturm für den schwedischen Energieversorger Varberg Energi. Das Bauwerk soll Ende 2023 fertig sein.

Der erste Großkonzern steigt ein

Vielleicht am spannendsten jedoch ist eine Kooperation, die Modvion im Frühjahr mit dem deutschen Energieriesen RWE eingegangen ist. Als international aufgestellter Konzern hat RWE die Kraft, einen ganzen Park aus Windrädern mit Holztürmen hochzuziehen und der neuen Technik so zum endgültigen Durchbruch zu verhelfen. „Wir sehen, dass Türme aus laminiertem Holz ein signifikantes Marktpotenzial haben und die Kosten der Produktion erneuerbarer Energie senken können, indem sie Stahl und Beton durch umweltfreundliches, klimaschonendes Holz ersetzen“, sagt Lars Borisson von RWE Renewables in Schweden. „Solche Anlagen können die Windkraft komplett CO2-neutral machen und uns dadurch helfen, unser Ziel zu erreichen, bis 2040 ein CO2-neutrales Unternehmen zu werden.“

Das Statement hört sich zwar etwas „betriebswirtschaftlich orientiert“ an und nennt das übergeordnete Ziel des Klimaschutzes eher beiläufig. Aber wenn es am Ende auch dem Klima insgesamt hilft, und nicht nur den Unternehmenszielen, hat niemand etwas dagegen.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…