I. Ursprung und Entwicklung der Holzverkohlungsindustrie.

Bunbury, Holzdestillation, 1925

Wenngleich die Holzverkohlungsindustrie, wie sie sich uns heute darstellt, eine verhältnismäßig junge ist, so verliert sich ihr Ursprung dennoch im Dunkel der Vorzeit. Wir haben stichhaltige Gründe, an­zunehmen, daß in weit zurückliegenden Tagen die Holzkohle nicht nur als Heizmittel gebraucht wurde, sondern auch bei der Herstellung von metallischem Eisen Verwendung fand. Zweifellos sind schon vor­geschichtliche Stämme mit der Herstellung der Holzkohle vertraut gewesen. In späteren historischen Perioden finden wir die Ägypter Holzverkohlungsprodukte für die Einbalsamierung der Leichen an­wenden. Plinius und Theophrastus erwähnen in ihren Schriften Produkte der Holzverkohlung, und der erstere gibt an, daß Holzteer zum Kalfatern der hölzernen Schiffe gedient hat.
Um 1658 herum beschreibt Glauber in seinem Miraculum Mundi die Herstellung von rohem Holzessig. Bis zum Ende des 18. Jahr­hunderts geschah die Erzeugung von Holzkohle einzig und allein durch Verkohlung des Holzes in Gruben bzw. Meilern, wobei alle wertvollen Produkte mit Ausnahme geringer Mengen Teer verloren gingen. In einsamen Waldgegenden, besonders in Skandinavien, Rußland und Indien, besteht auch heutzutage noch die Meilerverkohlung, besonders wenn es sich darum handelt, große Mengen Holzkohle für Heizzwecke zu erzeugen. Auch hier geht diese Art der Holz Verarbeitung ständig zurück und hat im großen und ganzen nur noch historisches Interesse.

Erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts wurde die Aufmerksamkeit der Chemiker auf den Verkohlungsprozeß gelenkt. Fourcroi und Vauquelin erkannten in der letzten Hälfte des genannten Jahr­hunderts die Säure, die man bei der trockenen Destillation des Holzes erhielt, als Essigsäure und wiesen nach, daß diese identisch sei mit der­jenigen, die die Alchimisten durch Destillation von Zucker und Gummi­arten darstellten.
Schon den Römern war die Essigsäure in Form von Essig bekannt, den sie aus Wein herstellten. Sie ist somit höchstwahrscheinlich die am frühesten bekannte Säure.

Im Jahre 1793 stellte Lowitz eine verhältnismäßig reine Essig­säure aus dem rohen Holzessig dar. Um ungefähr dieselbe Zeit befaßte sich Lebon in Frankreich mit der Ausarbeitung eines Verfahrens zur Herstellung von Leucht- und Heizgas aus Holz. Er erhielt im Jahre 1799 ein Patent auf die Herstellung von Holzessigsäure und Holzgeist.

Schon Boyle hatte Holzgeist um 1661 gewonnen, ohne ihn als solchen zu erkennen, und erst Taylor im Jahre 1812 gebührt das Ver­dienst, Methylalkohol im Holzgeist nachgewiesen zu haben.

Um die Eisenindustrie von Sheffield mit Holzkohle zu versehen, wurde 1796 in England eine Anlage errichtet, die noch heute unter der Firma Shirley, Aldred & Co. im Betriebe ist.

Eine Folge dieser günstigen Entwicklung war die Errichtung einer anderen Verkohlungsanlage zu Hausach in Baden, und jetzt erst kann man von einer eigentlichen Holzverkohlungsindustrie sprechen.

Hand in Hand mit dem Aufblühen der Holzverkohlung fand eine genauere Untersuchung der Produkte der Verkohlung statt, angeregt durch die Fortschritte in der organischen Chemie. So wurde von Dumas und Peligot im Jahre 1835 das von Lomery im 17. Jahrhundert ent­deckte Aceton als ein Produkt der Holzverkohlung charakterisiert.

Mit der Erweiterung unserer Kenntnisse des Holzverkohlungs- prozeßes sind manche berühmte Namen, wie Karsten, Werneck, Stoltze und Laurent verknüpft.

Reichenbach, Lebon und Pettenkofer bauten die technische Seite aus, und besonders war es Reichenbach, der den ersten Ofen aus Ziegelmauerwerk errichtete, das im Holzteer enthaltene Kreosot darstellte und seine Eigenschaften in chemischer und physikalischer Beziehung prüfte.
1819 wurden in England, wahrscheinlich Hand in Hand mit der Entwicklung der Leuchtgasindustrie, eiserne Retorten angewandt, die darauf auch in Frankreich zur Einführung kamen, Eine Folge da­von war, daß Meiler und steinerne Öfen mehr und mehr durch eiserne Retorten ersetzt wurden. Durch Hessel wurden 1850 die eisernen Retorten in Deutschland und Rußland eingeführt.

Während der nächsten 20 oder 30 Jahre veränderte sich in der Holz­verkohlungsindustrie wenig.

Die Steinkohlenteerindustrie, welche sich durch die Einführung des Leuchtgases durch William Murdoch im Jahre 1792 entwickelte und zuerst als ein ernsthafter Konkurrent des Holzgases auftrat, trug später in gewisser Weise zur Weiterentwicklung der Holzdestillation dadurch bei, daß bei dem außerordentlich schnellen Wachstum der Teerfarbstoffindustrie die Nachfrage nach Essigsäure und Methyl­alkohol immer größer wurde. Da auch die Anforderungen, die man an die Reinheit der beiden Produkte stellte, ständig wuchsen, sah man sich gezwungen, die Methoden der Herstellung und Reinigung immer weiter auszubauen, was wiederum auf die Konstruktion der Destilla­tions- und Rektifikationsapparate von entscheidendem Einfluß war.

Die Celluloidindustrie gab. den Anreiz zur Herstellung von Aceton, das zuerst um ungefähr 1880 aus Calciumacetat hergestellt wurde.

Wenngleich in der Zwischenzeit zwischen 1880 und 1900 die Holz­verkohlungsindustrie sowohl in ihren Apparaten als auch in den Ver­fahren mit Riesenschritten voranging, nahm England hiervon im Gegen­satz zu Amerika wenig Notiz und blieb bei seinen alten Methoden. 1830 soll James Ward in North Adams (Mass.) Holzessig hergestellt haben, ohne daß über sein Verfahren und das Produkt etwas Genaues bekannt geworden ist.

Die Turnbulls aus Glasgow errichteten die erste eigentliche Holz­destillationsanlage im Jahre 1849 zu Milburn, New York, heute Conklins Station. Sie brachten ihre eigenen Apparate und Arbeiter von Schottland mit und ihr Werk war unter dem Namen ,,Scotch Works“ bekannt und wird auch heute noch mit diesem Namen bezeichnet.

Diese Anlage diente für viele Jahre nachher als Muster und wurde bis in alle Einzelheiten kopiert. Die Retorten bestanden aus gußeisernen Zylindern von 42 Zoll Durchmesser und 9 Fuß Länge, die zu zweien in einen gemeinsamen Ofen gesetzt wurden und deren jede ungefähr 1 H Cord Holz hielt. Das Holz wurde in 7 Fuß langen Scheiten ver­wendet und die Dauer der Verkohlung betrug 12 Stunden. Sechs Tage in der Woche wurde gearbeitet. Blasen und Eindampfpfannen wurden durch direktes Feuer geheizt. Als Brennmaterial diente die erzeugte Holzkohle im Gemisch mit Holzteer. Der ersten Anlage folgten im Jahre 1865 ungefähr ein Dutzend andere in schnellster Folge.

Der Übergang von den alten Meilern zu den Meiler Öfen (Kilns) ge­schah schon recht früh. Jedoch erst im Jahre 1876, nachdem das Re­tortensystem schon recht gut ausgebaut war, nutzte H. M. Pierce die Nebenprodukte der Kilns in Michigan aus, wo enorme Mengen Holz­kohle für den Betrieb der Hochöfen erzeugt wurden.

Methylalkohol zu raffinieren, wurde zuerst von Pollock versucht. Nach kurzer Zeit setzte die ständig wachsende Nachfrage für dieses Produkt ein.
In den 70er Jahren gelangten die sog. Pfannenapparate für die Rektifikation des Methylalkohols zur Einführung, um die großen Ver­luste, welche die älteren Raffinierungsmethoden der früheren Zeit mit sich brachten, einzuschränken.

Diese Pfannenapparate bestanden aus kupfernen Behältern, die oberhalb der Blase angeordnet waren. Das aus der Blase kommende Gemisch von Methylalkohol und Wasser dampf war gezwungen, gegen den oberen Teil der Behälter zu prallen, der mit fließendem Wasser gekühlt war. Auf diese Weise wurde, ähnlich wie beim Pistorius-apparat, eine Trennung von Wasser und Methylalkohol und damit eine Konzentration des letzteren erreicht.

Die größeren Ausbeuten an Methylalkohol hatten die Errichtung einer Zentralraffinerie zu Binghamton, N. Y., zur Folge, bekannt als Burcey Refining Co., und hier wurde an Stelle von direktem Feuer Dampf zur Beheizung der Blasen benutzt.

Während das Turnbullwerk nur 4 Paar Retorten besaß, die zu­sammen 5 Cords pro Charge oder 10 Cords pro Tag leisteten, findet man heute Anlagen, die mehr als 160 Cords pro Tag verarbeiten. Selbst heute noch wird yon einigen amerikanischen Werken das alte Retortensystem angewandt; nur daß die gußeisernen durch Stahlretorten er­setzt sind.
Der Grund für den Wechsel des Materials ist interessant. Um die Leistung der Anlage zu erhöhen, verkohlte man das Holz bei weit höheren Temperaturen als jetzt und erreichte so einen schnelleren Ab­trieb der Charge. Das Holz war billig und die Ausbeute an wertvollen Produkten nicht so wichtig wie heutzutage. Bei diesem forcierten Be­triebe erwies sich nur Gußeisen als genügend haltbar. Später jedoch, als das Holz teurer wurde und man erkannte, daß niederere Tempera­turen erhöhte Ausbeuten ergaben, ging man zu Stahlretorten über, auch deshalb, weil sie leichter waren als gußeiserne und ein leichteres Drehen der Retorten in der Ofenmauerung erlaubten, wenn der dem Feuer ausgesetzte Teil durch die starke Hitze ausgebeult und abgenutzt war.

Als Kühler wurde zuerst der sog. Schlangenkühler benutzt. Es zeigte sich jedoch, daß dieser sich leicht verstopfte, und er wurde er­setzt durch den Holzkühler, in den eine Anzahl gerader Kupferrohre eingebaut waren, deren Durchmesser von oben nach unten sich ver­engte und die in einem Winkel von 45° in große Holzbottiche gesetzt waren, durch welche kaltes Wasser floß. Dieser Typ wurde benutzt bis zur Einführung des vertikalen Röhrenkühlers, der auch heutzutage noch angewandt wird.

Einer der größten Übelstände bei der Retortenverkohlung war die Notwendigkeit, die Retorte abzukühlen, bevor sie entleert werden konnte. Sie hatte nur an einer Seite eine Tür und die Holzkohle mußte mit der Hand herausgezogen werden. Durch die Kühlung und durch die Entleerung ging viel Zeit verloren. Außerdem war der Brenn­materialverbrauch sehr hoch, da der gekühlte Apparat stets wieder auf die Verkohlungstemperatur aufgeheizt werden mußte. — Dadurch, daß man die abgetriebene Retorte aus dem Ofen herausnahm und sie durch eine frisch gefüllte sofort ersetzte, wurden die Schwierigkeiten behoben. Die Auswechselung fand mit Hilfe eines Laufkranes statt; die Retorte bestand aus einem gußeisernen Zylinder

Während dies Verfahren in Frankreich viel Anhänger hat und auch heute noch dort ausgeführt wird, arbeitet in Amerika nur eine einzige Anlage danach und es dürfte sich hier überlebt haben.

Der Meiler- oder Bienenkorbofen, in Amerika ,,Kiln“ genannt, war in erster Linie bestimmt, große Mengen Holzkohle für den Hoch­ofenprozeß zu liefern. Die Nebenprodukte, die man nur zum Teil ge­wann, waren von geringerer Bedeutung. Man baute die Öfen aus Ziegeln und verkohlte bis zu 80 Cords Holz pro Charge. Sie finden sich haupt­sächlich im Staate Michigan, werden aber auch dort in ständig wachsen­dem Maße durch moderne Anlagen ersetzt.

Die Anwendung von Koks zum Betriebe der Hochöfen an Stelle von Holzkohle ist ein weiterer Grund, daß die Kilns mehr und mehr ver­schwinden.

Der Übergang von der Kleinraum- zur Großraumretorte soll an­geblich zuerst in den 90er Jahren in Straight-Creek, Pa., U.S.A., statt­gefunden haben. — Die Großraumretorte besteht aus einer langen, rechteckigen Stahlkammer. Das Holz wird in Wagen gepackt und mit­tels Schienen, die sich auch im Innern der Retorte fortsetzen, in die­selbe eingeführt. An beiden Seiten der Retorte befinden sich Türen. Dieser Verkohlungsapparat wird heutzutage fast ausschließlich ange­wandt und wird im Kapitel XI näher beschrieben werden.

Auch die Art der Beheizung der Retorten ist ständig verbessert worden. Während nach dem alten System der Boden direkt von den Feuergasen bestrichen wurde, ein Verfahren, das eine schnelle Ver­beulung zur Folge hatte und die Lebensdauer der Retorte verkürzte, sucht man heutzutage durch Einbau von Kanälen, Schiebern usw. jede Stichflammenwirkung zu vermeiden und hat zugleich den Vor­teil einer gleichmäßigen Beheizung und einer leichten Regulier barkeit der Temperatur.

Im Gegensatz zu der schnellen Entwicklung der eigentlichen Ver- kohlungsapparate wurde die Aufbereitungsanlage bis in die neuere Zeit recht stiefmütterlich behandelt. Einfache, mit direktem Feuer beheizte Blasen, ausgestattet mit Schlangenkühlern, bildeten lange Zeit die Destillationsapparate. Erst als die Nachfrage nach immer reinerem Methylalkohol sich steigerte, begann man, auch hier Wandel zu schaffen.

Von ungefähr 1895 an verschwanden die alten Blasen und die offenen, feuerbeheizten Pfannen für die Eindampfung der Acetatlösung und wurden durch moderne Apparate ersetzt. Heutzutage sind fast alle Werke mit äußerst wirksamen Destillations- und Rektifika­tionsapparaten sowie Vakuum verdampfern versehen. Die Einführung dieser modernen Apparate und die mehr wirtschaftlichen Methoden haben nicht nur eine größere Ausbeute der herzustellenden Produkte und eine bessere Rentabilität bewirkt, sondern haben es auch ermöglicht, neue Produkte abzuscheiden, die früher mit den Rückständen usw. verloren gingen.

In neuester Zeit finden wir die Aufbereitungsanlagen mit Apparaten versehen, die, was Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit anbetrifft, den höchsten Anforderungen Genüge leisten. Zahlreiche Konstruk­tionen sind geschaffen, um teerfreie Produkte zu erzielen, so von den Firmen F.H.Meyer, Hannover-Hainholz, jetzt Sudenburger Maschinen­fabrik und Eisengießerei A. G., Magdeburg-Sudenburg, und Barbet, Paris. Vakuum verdampfer (Double-, Triple- und Multipleeffets) von Scott und der Buffalo Foundry and Engineering Co., sowie Schnellverdampfer von Kestner werden angewandt sowohl für die Destillation des Rohholzessigs als auch für die Konzentration der Calciumacetatlösung.

Groß ist ferner die Zahl der Apparate und Verfahren, die darauf hinzielen, die Herstellung des Calciumacetates zu verbessern und zu vereinfachen, wie die direkte Neutralisation der Kalkmilch, die kon­tinuierliche Trocknung der eingedampften Calciumacetatlösung usw. Es kommen hier in Frage die Apparate und Verfahren der Sudenburger Maschinenfabrik, von Barbet, Poore, Gendreau, Strobach und andere.

Die kontinuierlich arbeitenden Apparate zur Rektifikation von Methylalkohol und Aceton sind soweit ausgebildet, daß es ein leichtes ist, aus den Rohkonzentraten in einer Operation absolut reine Fein­produkte herzustellen.

Im vorstehenden haben wir die Holzdestillation in ihren Haupt­zügen dargestellt. In neuester Zeit ist jedoch noch ein anderes Problem hinzugekommen, nämlich die Nutzbarmachung des Abfallholzes und besonders der kleineren Holzabfälle, wie Hack-, Hobel- und Sägespäne. Der größte Teil stellt ein fast wertloses Material dar, welches bei der Zubereitung der Nutzhölzer abfällt und das auf jährlich 150 Millionen Tonnen geschätzt wird.

Wenn auch zahlreiche Versuche vorgenommen sind, dieses Abfall­holz nutzbar zu machen, so findet doch nur ein geringer Teil eine wirk­liche Verwertung.

Trotz aller aufgewendeten Mühe und trotzdem es gelingt, nach dem Seaman-, Poore- und Sawtelle-Prozeß auch Abfallholz zu ver­kohlen, ist die vollständige Lösung dieses Problems doch noch nicht erreicht.

Die stärkste Entwicklung der Holzdestillation zeigte sich in den Vereinigten Staaten. Die letzten im Wettbewerb, marschieren die Amerikaner jetzt an der Spitze und erzeugen die Hälfte der Welt­produktion an Holzdestillationserzeugnissen. Diese Vorzugsstellung verdanken sie hauptsächlich dem ungeheueren Reichtum an Rohmaterial, wie ihn die dortigen Wälder darbieten. Allein die Zahl der Holzverkohlungsanlagen, die Laubholz verarbeiten, stieg von 17 im Jahre 1880 auf 117 im Jahre 1910. Auch in Canada erreichte diese Industrie bedeutenden Umfang. Schweden, Frankreich, England, Deutschland, Österreich und Ungarn besitzen ebenfalls bedeutende Anlagen, wohlausgerüstet mit den modernsten Apparten, die den Tech­nikern der einzelnen Länder das beste Zeugnis ausstellen. Italien be­sitzt nur einige kleinere Werke, während Japan und Argentinien erst kürzlich mit der Einführung der Holzverkohlungsindustrie begonnen haben. Auch Australien und Indien beginnen diese Industrie zu ent­wickeln angesichts der gewaltigen natürlichen Quellen, die ihnen bei ihrem Holzreichtum zu Gebote stehen. Es ist daher begründete Aus­sicht vorhanden, daß die Holzverkohlung in der nahen Zukunft noch bedeutend größere Ausbreitung erfahren wird.