Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz

Abstract

Schlüsselwörter: Kohlenstoffspeicherung, vermiedene
CO2- Emissionen durch Energie- und Materialsubstitution,
Vergleich bewirtschafteter und unbewirtschafteter Buchenwälder

Zusammenfassung: Die Buche in Deutschland trägt aktuell
zum Klimaschutz bei, indem Kohlenstoff in Biomasse,
Waldböden und Totholz zusätzlich gespeichert wird und
indem Kohlendioxidemissionen durch die Verwendung
von Buchenholz als Brennstoff vermieden werden. Die
zusätzliche Einlagerung von Kohlenstoff in Holzprodukten
und die Materialsubstitution spielen, anders als bei Nadelholz,
bei der Buche aufgrund ihrer aktuellen Verwertungssituation
eine geringere Rolle. Die Frage, ob und wie eine
zukünftige Optimierung des Klimaschutzbeitrages mit der
Buche erreicht werden kann, ist umstritten und hängt von
den jeweiligen Annahmen ab. Dass ein Nutzungsverzicht
in Buchenwäldern grundsätzlich die dauerhaft beste Option
für den Klimaschutz ist, erscheint bei den aktuellen
Erkenntnissen wissenschaftlich wenig belastbar.

Full text

123LWF Wissen 86
Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
Christoph Schulz, Markus Blaschke
Schlüsselwörter: Kohlenstoffspeicherung, vermiedene
CO2- Emissionen durch Energie- und Materialsubstitution,
Vergleich bewirtschafteter und unbewirtschafteter Bu-
chenwälder
Zusammenfassung: Die Buche in Deutschland trägt aktu-
ell zum Klimaschutz bei, indem Kohlenstoff in Biomasse,
Waldböden und Totholz zusätzlich gespeichert wird und
indem Kohlendioxidemissionen durch die Verwendung
von Buchenholz als Brennstoff vermieden werden. Die
zusätzliche Einlagerung von Kohlenstoff in Holzprodukten
und die Materialsubstitution spielen, anders als bei Nadel-
holz, bei der Buche aufgrund ihrer aktuellen Verwertungs-
situation eine geringere Rolle. Die Frage, ob und wie eine
zukünftige Optimierung des Klimaschutzbeitrages mit der
Buche erreicht werden kann, ist umstritten und hängt von
den jeweiligen Annahmen ab. Dass ein Nutzungsverzicht
in Buchenwäldern grundsätzlich die dauerhaft beste Op-
tion für den Klimaschutz ist, erscheint bei den aktuellen
Erkenntnissen wissenschaftlich wenig belastbar.
Um die gesamte Klimaschutzleistung der Buchenwäl-
der darzustellen, müssen vier Aspekte berücksichtigt
werden:
• die Kohlenstoffspeicherung im Wald, d. h. in der
lebenden, ober- und unterirdischen Biomasse, im
Totholz sowie in der Humusauflage und im Mine-
ralboden;
• die Kohlenstoffspeicherung in Holzprodukten;
• die Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen
durch die Verwendung von Holz statt anderer,
fossiler Energieträger (Energiesubstitution);
• die Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen
durch die Verwendung von Holz statt anderer
funktionsgleicher, energieintensiverer Materialien
(Materialsubstitution);
Im Folgenden werden diese Bereiche gesondert be-
schrieben, wobei die Besonderheiten der Buche auch
über Vergleiche mit anderen Baumarten, aufgrund der
Datenlage z. T. auch über den Vergleich als Laubbaum
gegenüber Nadelbäumen, herausgearbeitet werden.
Danach erfolgt eine zusammenfassende Betrachtung,
die auch die unterschiedlichen Klimaschutzeffekte von
bewirtschafteten und unbewirtschafteten Buchenwäl-
dern erfasst.
Kohlenstoffspeicher Wald
Lebende Biomasse
Der Motor der Kohlenstoffbindung im Wald sind die
Bäume, welche über die Fotosynthese Kohlendioxid
(CO2) aufnehmen und in verschiedenen Kohlenstoff-
verbindungen in der lebenden, verholzten Biomasse
einlagern. Wieviel Kohlenstoff (C) gebunden wird,
bestimmt neben dem gebräuchlichen forstlichen Vo-
lumenmaß besonders die Holzdichte. Diese ist bei der
Buche mit 554 kg/fm (Raumdichte nach Knigge und
Schulz 1966), wie bei allen einheimischen Hartlaub-
hölzern, vergleichsweise hoch. Das führt dazu, dass
bei gleichem Brusthöhendurchmesser (BHD) und
gleicher Höhe, eine einzelne Buche deutlich mehr
Biomasse gebildet und damit mehr Kohlenstoff gespei-
chert hat als z. B. eine Fichte (Abb. 1; eigene Berech-
nungen mit Biomassefunktionen nach Vonderach 2018
und Wurzelbiomasse nach UBA 2021). Da aber nicht
die Klimaschutzleistung einzelner Bäume, sondern
des Waldes bilanziert wird, muss die Flächenleistung
der Baumarten betrachtet werden. Dann zeigt sich mit
Daten der Bundeswaldinventur, dass die Buche beson-
ders in den höheren Altersklassen zwar vergleichswei-
se hohe Kohlenstoffvorräte aufweist (Abb. 1), die Fich-
te ihre geringere Raumdichte aber durch eine höhere
Baumzahl pro Hektar ausgleicht und somit ähnliche
Flächenwerte wie die Buche erreicht (Abb. 2). Dabei
ist auch zu beachten, dass die Fichte ein höheres Nut-
zungsprozent hat und insgesamt eine höhere Gesamt-
wuchsleistung erreicht (Thünen-Institut 2022).
Der eigentliche Klimaschutzbeitrag der Biomasse ei-
nes Waldes ist dessen Nettoveränderung je Fläche-
neinheit, für die eine Gegenüberstellung des Zugangs
in Form des Biomassezuwachses und der Abgänge
durch Holznutzungen und Mortalität erfolgen muss.
Zwischen 2012 und 2017 wurde deutschlandweit netto
12,4 Mio. t C pro Jahr in der Biomasse gebunden, Laub-
holz hatte dabei mit 6,8 Mio. t C/a einen größeren An-
teil als Nadelholz mit 5,6 Mio. t C/a (Riedel et al. 2019).

Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
Abbildung 1: Kohlenstoffmengen in den verschiedenen
Kompartimenten eines Baumes mit 50 cm BHD und 30 m
Höhe. Quelle: berechnet nach Vonderach 2018, unterirdische Biomasse nach
UBA 2021
Abbildung 2: durchschnittliche Kohlenstoffvorräte je Hektar
und Altersklasse in Deutschland. Quelle: Thünen-Institut 2022
124 LWF Wissen 86
Totholz
Auch der Totholzspeicher eines Waldes bindet zusätz-
lichen Kohlenstoff, solange die Zufuhr durch Mortalität
(abgestorbene Bäume bzw. Baumteile, Kronenabbrü-
che usw.) und nicht exportierte Baumteile nach Nut-
zung (Stöcke, nicht verwertbares Holz, Kronenmateri-
al usw.) größer ist als der Abgang durch Zersetzung.
Während die Zufuhr über das forstliche Management
gesteuert werden kann, ist der Abgang, also der Tot-
holzabbau, nicht steuerbar und von einer Vielzahl von
Faktoren wie Holzeigenschaften, Dimension, Feuchte
und Temperatur, Position (z. B. stehend oder liegend),
Bodenkontakt usw. abhängig (Meyer et al. 2009). Die
Buche zeigt die Besonderheit, dass ihre Zersetzungs-
rate höher ist als bei den anderen Hauptbaumarten
(
Meyer et al. 2009; Herrmann et al. 2015
). So wurde
zum
Beispiel bei einer Untersuchung einzelner baye-
rischer Wirtschaftswaldbestände und angrenzender
Naturwald reservate kein über 30 Jahre altes Buchen-
totholz gefunden, während bei Eiche und Fichte auch
seit über 50 Jahren abgestorbenes Totholz zu finden
war (Krueger et al. 2016). Das bedeutet im Umkehr-
schluss, dass für den dauerhaften Aufbau eines Tot-
holzspeichers bei der Buche mehr Totholz zugeführt
werden muss als bei anderen Baumarten. Verglichen
mit der lebenden Biomasse ist der durchschnittliche
Totholzspeicher je Hektar in Deutschland mit 3,1 t C
(davon 1,7 t C Nadelholz, 1,1 t C Laubbäume ohne Ei-
che, 0,3 t C Eiche; Thünen-Institut 2022) sehr gering , so
dass dessen Erhöhung nur einen kleinen Beitrag zum
Klimaschutz leistet. In unbewirtschafteten Wäldern er-
höht sich der Totholzspeicher nach der Stilllegung der
Flächen zunächst markant (z. B. Krueger et al. 2016),
verlangt dann aber auch eine stete, hohe Zufuhr, um
die Senkenfunktion aufrechtzuerhalten.
Streuauflage und Mineralboden
Der Waldboden setzt sich aus der labileren, organi-
schen Auflage mit einer durchschnittlichen Größe von
12 t C /ha in Bayerns Wäldern und dem deutlich grö-
ßeren, stabileren Kohlenstoffspeicher im Mineralbo-
den mit durchschnittlich 114 t C /ha zusammen (Klein
und Schulz 2012). Auch hier gilt wieder, dass Auflage
und Boden dann eine Kohlenstoffsenke sind, wenn
die Zufuhr über die Humusbildung (aus Pflanzen- und
Wurzelstreuresten, Exsudaten, Umwandlungen durch
Bodenfauna und Mikroorganismen usw.) größer ist
als der Verlust durch Zersetzung, Veratmung, Auswa-
schung oder Erosion (Mayer et al. 2020). Die Bedeu-
tung der Baumart für den jeweiligen Kohlenstoffspei-
cher im Boden ist schwer zu bestimmen, da auch
Klima, chemische, physikalische und biologische Bo-
0
0,2
t Kohlenstoff
Tonnen C in der Biomasse eines
Baumes (BHD 50 / Höhe 32)
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Stock
Rinde/Stock
Wurzeln
Derbholz
Rinde/Derbholz
Nichtderbholz
Nadeln
Buche
Eiche
Fichte
Douglasie
Kiefer
0
20
t Kohlenstoff/ha
Altersklasse
Kohlenstoffvorrat je Hektar
nach Altersklassen
1 – 20
40
60
80
100
120
200
140
160
180
21 – 40
41 – 60
61 – 80
81 – 100
101 – 120
121 – 140
141 – 160
Durchschnitt
aller Baum-
artengruppen
Kiefer
Eiche
Fichte
Buche

Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
125LWF Wissen 86
deneigenschaften, Topografie, Störungen, Waldbewirt-
schaftung und Waldgeschichte einen starken Einfluss
haben (Mayer et al. 2020). Eine Auswertung bayeri-
scher Waldböden zeigt bei Nadel-, Laub- und Misch-
beständen ähnliche Gesamtspeicher des organischen
Kohlenstoffs, allerdings hat die labilere organische
Auflage bei Nadelbäumen einen wesentlich höheren
Anteil, während Laub- und Mischbestände, in denen
die Buche ja einen maßgeblichen Anteil hat, den Koh-
lenstoff hauptsächlich im Mineralboden binden (Wies-
meier et al. 2013b). Dass in wärmeren Lagen Bayerns
die gespeicherten Kohlenstoffmengen in der Auflage
stärker abnehmen als im Mineralboden, weist auf eine
geringere Empfindlichkeit der Bodenkohlenstoffspei-
cher von Laub- und Mischwäldern auf steigende Tem-
peraturen hin (Wiesmeier et al. 2013b).
Für den Wald Deutschlands wird im Nationalen
Inventarbericht zum Deutschen Treibhausgasinventar
eine jährliche Gesamtsenke im Boden von 4,4 Mio. t
C gemeldet, die nicht weiter nach Baumarten differen-
ziert ist (UBA 2021). Auswertungen der Bodenzustand-
serhebungen von 1992 und 2008 zeigen einen durch-
schnittlichen, jährlichen Anstieg von 0,41 t C je Hektar,
der wesentlich auf einer Kohlenstoffzunahme im obe-
ren Mineralboden beruht (Grüneberg et al. 2014). Un-
terschiede in der Aufnahmerate zwischen Laub- und
Nadelwäldern konnten nicht nachgewiesen werden,
der steigende Anteil des Laubholzes und die damit ver-
bundene Verlagerung der Kohlenstoffspeicherung von
der organischen Auflage in den Mineralboden wird
aber als günstig für die Kohlenstoffbindung angesehen
(Grüneberg et al. 2014). Die Kohlenstoffaufnahme im
Boden kann über die Waldbewirtschaftung, insbeson-
dere die Baumartenwahl, beeinflusst werden (Mayer et
al. 2020). Eine europäische Metastudie zum Vergleich
von Buchenreinbeständen mit nahe gelegenen ande-
ren Reinbeständen sowie Mischbeständen zeigt, dass
insbesondere durch Nadelholzbeimischung zur Buche
die Kohlenstoffspeicherung im Boden erhöht werden
kann (Rehschuh et al. 2021). Im Vergleich zu anderen
Landnutzungsarten deutet sich für Bayern an, dass die
Potenziale zur gesteuerten Erhöhung der Kohlenstoff-
senke in Waldböden geringer sind als beispielsweise
in Ackerböden (Wiesmeier et al. 2013a).
Kohlenstoffspeicher Holzprodukte
Durch die Ernte von Bäumen wird ein Teil des in der
Biomasse gebundenen Kohlenstoffs in verschiede-
ne Holzprodukte überführt und bleibt dort weiterhin
gespeichert. Diesem Zufluss in den Holzprodukte-
speicher steht der Abfluss gegenüber, der durch Ver-
weilzeiten bzw. Lebensdauer der in früheren Zeiten
zugeführten Holzprodukte bestimmt wird (Klein und
Schulz 2012). Buchenholz hat vielfältige Verwendungen
die von Furnieren, Span- und Faserplatten, Schichtholz,
über Paletten, Möbeln, Parkett, Papier, Verpackungen
und Spielzeug bis zu Brennholz reichen (z. B. Niemz
2007; Beitrag Torno, S. 141 bis 149 in diesem Band). Be-
züglich der Größenordnung der dabei erzielten Koh-
lenstoffspeicherung ist allerdings zu beachten: Zwei
Drittel des eingeschlagen Buchenholzes in Bayern
werden direkt energetisch genutzt (Knauf et al. 2016),
d. h. der Kohlenstoff bleibt nur für die kurze Zeit der
Trocknung und Lagerung weiterhin gespeichert. Auch
von dem verbliebenen Drittel des Stamm- und Indust-
rieholzes wird – wie auch beim Nadelholz – im weite-
ren Produktionsprozess ein nennenswerter Teil ener-
getisch verwendet, so dass geschätzt weniger als 20 %
des Kohlenstoffs vom eingeschlagenen Buchenholz
in fertigen Holzprodukten gespeichert bleibt (Knauf
und Frühwald 2020). Die Produkte aus Buchenholz
sind zudem eher kurz- und mittellebig (Klein und Schulz
2012) und unterscheiden sich damit deutlich vom Na-
delholz, welches dominierend in langlebigen Produk-
ten, v. a. im Baubereich, eingesetzt wird (Mantau et al.
2013). Da das Bauwesen maßgeblich für eine Steige-
rung der Holzverwendung ist (Mantau et al. 2013), be-
deutet dies, dass die Produkte aus Buchenholz lange
nicht so effektiv wie Nadelholz zu einer Erhöhung der
Senke beitragen können, solange sich die aktuell be-
grenzte Verwendung in langlebigen Produkten (Knauf
und Frühwald 2020) nicht deutlich verbessert.
Der Holzproduktespeicher Deutschlands ist ohne wei-
tere Unterscheidung nach Baumartengruppen zur Zeit
eine Senke von jährlich insgesamt 1,3 Mio. t C (Stand
2019; UBA 2021). Aufgrund der geringeren Holzein-
schlagsmenge, der beschränkten stofflichen Verwer-
tung und den eher kurz- und mittellebigen Holzpro-
dukten ist der Anteil der Buche an dieser Senke eher
gering einzuschätzen. Angesichts eines Holzeinschla-
ges in Deutschland von knapp 80 Mio. fm (Stand 2019;
Jochem et al. 2020), was überschlägig ca. 20 Mio. t C
entspricht, wird deutlich, dass große Teile des Kohlen-
stoffs gar nicht erst in den Holzproduktespeicher ge-
langen bzw. zur Kompensation des jährlichen Abflus-
ses aus dem Holzproduktespeicher benötigt werden.

Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
126 LWF Wissen 86
Energiesubstitution
Die CO2-Neutralität der Holzverbrennung wird je nach
Prämissen und verwendeter Methodik sehr unter-
schiedlich bewertet (Bentsen 2017). Es sollte jedoch
nachvollziehbar sein, dass bei dauerhaft gleichblei-
bendem bzw. leicht steigendem Biomassespeicher
wie in Deutschland (siehe Kap. 1) die entnommenen
Holzmengen bei der Verbrennung nur das CO2 wieder
freisetzen, welches zeitnah der Atmosphäre entzo-
gen wurde und dadurch keine zusätzliche Belastung
der Atmosphäre stattfindet. Wenn Buchenholz fossile
Brennstoffe ersetzt (substituiert), kann deshalb die
Freisetzung von Kohlenstoff aus ganz anderen Erdzeit-
altern vermieden werden. Wie hoch diese potenzielle
Energiesubstitution ist, hängt von den Ökobilanzen der
verschiedenen Energieträger ab, mit denen die Um-
weltwirkungen bei Gewinnung, Aufbereitung, Trans-
port und Verbrennung für die gleiche funktionale Ein-
heit, z. B. ein Megajoule Wärme, erfasst werden (z. B.
Klein et al. 2016). Natürlich entstehen auch bei der Be-
reitstellung der gängigen Holzbrennstoffe Scheitholz,
Hackschnitzel oder Pellets durch den Einsatz von
Motorsäge, Forwarder usw. Treibhausgas-Emissionen,
die je nach Intensität der Aufbereitung, der Transport-
entfernung und dem genutztem Heizsystem zwischen
8 g CO2-Äquiv/Megajoule bei Scheitholz und 25 g
CO2-Äquiv/Megajoule bei Pellets schwanken (Klein et
al. 2016). Gegenüber Erdgas, Öl oder Kohle können
gleichwohl mit einem Festmeter Holz CO2-Emissionen
zwischen 0,3 und über 1 Tonne vermieden werden
(Wolf et al. 2015).
Wie in Abschnitt
»
Holzprodukte
«
gezeigt, werden zwei
Drittel des Buchenholzaufkommens direkt energetisch
genutzt. Das Holz stammt in Bayern hauptsächlich aus
dem Privatwald und wird zu einem hohen Anteil für den
Eigengebrauch verwendet (Gößwein
et al.
2020). Da die
Pelletindustrie vor allem von großen (Nadelholz-)Säge-
werken beliefert wird und auch bei Hackschnitzeln das
Nadelholz weit dominiert (Knauf
et al.
2016), wird die
Buche vor allem als Scheitholz verbrannt (Gößwein et
al. 2020). Durch die günstige Ökobilanz von Scheitholz
ist die Treibhausgasvermeidung der Buche gegenüber
Erdgas, Öl oder Kohle deshalb vergleichsweise hoch.
2019 wurden in Deutschland ca. 14 Mio. m3 Laubholz
energetisch genutzt (Jochem
et al.
2020). Bei einem
geschätzten Anteil der Buche von 80 % und einer mitt-
leren Substitution von 0,675 t CO2 pro m3 Holz (Klein
und Schulz 2012) ergibt sich überschlägig eine jährliche
Vermeidung von 7,5 Millionen Tonnen CO2 durch die
energetische Verwendung der Buche.
Materialsubstitution
Bei funktionsgleichen Produkten werden mit dem
Rohstoff Holz bei Herstellung, Gebrauch und Entsor-
gung fast immer deutlich weniger Treibhausgase emit-
tiert als bei alternativen Materialien wie Stahl, Beton,
Aluminium usw. Das Ausmaß der Treibhausgasver-
meidung kann über Ökobilanzen hergeleitet werden
und hängt von dem betrachteten Produkt und den
jeweiligen Materialien ab (Leskinen et al. 2018). Ein
Faktor für die gute Ökobilanz von Holzprodukten ist,
dass im Produktionsprozess auch das Sägerestholz für
die Energiegewinnung genutzt werden kann (z. B. zur
Trocknung). Dieser Effekt darf allerdings nicht zusätz-
lich bei der Energiesubstitution erfasst werden, da es
eine Doppelanrechnung bedeuten würde (Rüter et al.
2016). Die Voraussetzung für die Anwendung der posi-
tiven Klimawirkung von Holz ist, dass nur solche Holz-
produkte herangezogen werden, die tatsächlich ande-
re Materialien ersetzen können. Nach Rüter et al. (2016)
können dies Elemente des Hausbaus wie Wände,
Decken, Dämmmaterial, Fenster oder Verkleidungen,
Verpackungsmaterial und Paletten, Möbel, chemische
Grundstoffe und Kunstfasern für Textilien sein. Papier
oder Dachstühle sind Beispiele für Holzprodukte,
die seltener durch andere Materialen ersetzt werden
können und deshalb auch nicht zur Treibhausgasver-
meidung beitragen. Gemäß der europäischen Studie
von Rüter et al. (2016) haben nur 30 % der eingesetzten
Holzhalbwaren ein realistisches Potenzial andere Ma-
terialien zu ersetzen.
Wegen des geringen Anteils des stofflich genutzten
Holzes (
Abschnitt
»
Holzprodukte
«) kann die Buche
grundsätzlich nur einen verminderten Klimaschutzef-
fekt durch Materialsubstitution erreichen. Um die po-
tenzielle Materialsubstitution genau herzuleiten, müss-
ten die Stoffströme des Buchenholzes, die Marktanteile
und Ökobilanzen der verschiedenen Holzprodukte
und ersetzbarer Alternativprodukte bekannt sein.
Auch wenn die Substitutionsfaktoren bei stofflicher
Nutzung deutlich über 1 und damit höher als bei der
energetischen Nutzung liegen (Leskinen et al. 2018),
wird der gesamte Klimaschutzeffekt der potenzielle
Materialsubstitution bei der Buche weit unter dem
Wert der Energiesubstitution (Abschnitt »Energiesub-
stitution«) liegen.

Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
127LWF Wissen 86
Auswirkung eines Nutzungsverzichts
Die vorherigen Kapitel dieses Beitrags zeigen, dass
die Buche aktuell in allen Bereichen einen Beitrag
zum Klimaschutz leistet, entweder indem Kohlenstoff
im Wald und in Holzprodukten gespeichert wird oder
indem CO2-Emissionen durch die energetische und
stoffliche Verwendung vermieden werden. Ein deutli-
cher Mangel der Buche ist die geringe stoffliche Ver-
wendung, die dazu führt, dass weniger Kohlenstoff in
Holzprodukten weiterhin gespeichert bleibt und dass
damit weniger Emissionen durch Materialsubstitution
vermieden werden.
Im Zuge der Diskussionen in der Klimaschutzpolitik
tritt die bisher beschriebene bloße Erfassung des ak-
tuellen Klimaschutzbeitrages in den Hintergrund. Statt-
dessen wird sehr kontrovers über den Klimaschutzbei-
trag verschiedener Waldbewirtschaftungssysteme und
Holzverwendungen diskutiert (z. B. Luick et al. 2022;
Schulze et al. 2021). Dies geschieht über Szenarien
oder Analogien, die einer »was wäre, wenn«-Logik fol-
gen (Bentsen 2017) und je nach berücksichtigten Kli-
maschutzeffekten, räumlichen und zeitlichen Skalen
zu unterschiedlichen Ergebnissen führen (Schulz und
Weber-Blaschke 2021). Bei Buchenwäldern wird dabei
weniger um Strategien zur besseren Holzverwendung
diskutiert, sondern fast ausschließlich um Vor- oder
Nachteile eines Nutzungsverzichts, der spätestens mit
der besonderen Verantwortung Deutschlands für die
Buchenwälder und der Nationalen Biodiversitätsstrate-
gie (BMU 2007) zum Thema wurde.
Nachfolgend werden die Auswirkungen eines Nut-
zungsverzichts in Buchenwäldern lose entlang der obi-
gen Gliederung diskutiert. Da die lebende Biomasse
das dynamischste Element ist, wird sie mit Daten der
bayerischen Naturwaldreservate etwas ausführlicher
beschrieben.
Biomasse und Totholz
Bei einem Verzicht auf Holznutzungen steht dem Bio-
massezuwachs nur noch der natürliche Abgang durch
Mortalität gegenüber, wodurch ein höherer Biomas-
seaufbau und damit eine höhere Kohlenstoffsenke
erreicht wird. Bezüglich des Vergleichs mit genutzten
Wäldern stellt sich v. a. eine Frage: Wie lange findet
dieser Biomasseaufbau bei Nutzungsverzicht statt,
d. h. wann wird sich der Kohlenstoffspeicher aufgrund
verringerten Wachstums und/oder erhöhter Mortalität
nicht mehr erhöhen oder sogar verringern? Mit den
nachfolgenden Daten aus bayerischen Naturwaldreser-
vaten wird die zeitliche Entwicklung illustriert.
Seit der Ausweisung der ersten Naturwaldreserva-
te (NWR) in Bayern 1978 werden spezifische Flächen
von in der Mehrzahl rund einem Hektar Größe, die
sogenannten Repräsentationsflächen, waldkundlich
untersucht. Dabei handelte es sich in der Regel bereits
bei der Ausweisung um ältere naturnahe Waldbestän-
de, die allerdings auch kurz zuvor noch bewirtschaftet
worden waren. Zunächst bezogen sich die Messun-
gen auf den lebenden, stehenden Bestand. Seit den
1990iger Jahren wird auch das stehende und liegen-
de Totholz auf einem Teil der Flächen miterfasst. Die
dabei gewonnen Daten wurden erstmals von Klein et
al. (2013) im Hinblick auf die Kohlenstoffspeicherung
von ungenutzten Buchenwäldern analysiert. Nach
zahlreichen weiteren Wiederholungsaufnahmen bietet
sich nun die Möglichkeit die Kohlenstoffspeicherung
von Buchenwäldern nach rund fünf Jahrzehnten Nut-
zungsverzicht zu betrachten und sich der Frage nach
einem potenziellen Maximum der Speicherkapazität in
Buchenwäldern in Bayern anzunähern.
Für die Analysen standen 168 Datensätze aus 58 Na-
turwaldrepräsentationsflächen mit führender Buche
zur Verfügung. Dabei wurden ausschließlich Natur-
waldreservate herangezogen, die seit 1978 ungenutzt
sind. Damit liegen im Schnitt je Fläche neben der Erst-
aufnahme fast überall zwei Wiederholungsaufnahmen
vor. Für die Totholzentwicklung liegen 91 Datensätze
aus 44 NWR vor. Die Kohlenstoffvorräte des lebenden
Bestandes wurden auf der Grundlage von Umrech-
nungsfaktoren von Vordernach (2018) ermittelt. Zur
Ermittlung eines Trends der Kohlenstoffspeicherung
über alle Bestände wurde ein statistisches Modell
(GAM) erstellt (Wood 2017).
Für den lebenden Bestand zeigte sich seit der Aus-
weisung der Reservate 1978 bis heute ein Anstieg der
Biomassen. Im Durchschnitt ergibt sich dabei ein An-
stieg von etwa 170 t C/ha auf eine Größenordnung von
230 t C/ha. Davon entfallen auf das Derbholz etwa 200 t
C/ha und auf das Nichtderbholz ca. 28 t C/ha. Das an-
gewendete GAM-Modell zeigt in der Tendenz über alle
Flächen eine Abflachung der Kurve. Dies deutet dar-
auf hin, dass auf diesem mittleren Niveau über alle Be-
stände ein Gleichgewichtszustand erreicht wird, auch
wenn einzelne Buchenbestände wie im NWR Knittel-
schlag bei Kelheim mit über 1000 Vfm/ha (Blaschke
et al., S. 102 bis 107 in diesem Band) sogar auf über
325 t C/ha Speicherleistung kommen. Nimmt man die
unterirdische Biomasse entsprechend den Maßgaben
der nationalen Inventuranweisung (UBA 2021) hinzu,
summieren sich die durchschnittlichen Werte für die
letzten Jahre auf rund 250 t C/ha. Daraus ergibt sich

Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
Abbildung 3: Entwicklung
der in 58 Repräsentations-
flächen von bayerischen
Buchen-Naturwaldreservaten
gespeicherten Kohlenstoff-
mengen der oberirdischen
und unterirdischen Masse
des lebenden Bestandes
(grüne Linien). (Violette
Linie: durchschnittliche Ent-
wicklung auf der Grundlage
eines GAM-Modells mit
grauem Vertrauensbereich)
Abbildung 4: Entwicklung
der in 47 Repräsentations-
flächen von bayerischen
Buchen-Naturwaldreservaten
gespeicherten Kohlenstoff-
mengen des Totholzes
(grüne Linien). (Violette
Linie: durchschnittliche Ent-
wicklung auf der Grundlage
eines GAM-Modells mit
grauem Vertrauensbereich)
128 LWF Wissen 86
eine jährliche Speicherung in der lebenden Biomasse
in den Buchen-NWR von ca. 1,6 t C/(a*ha).
Die hier angegebenen Mittelwerte werden durch die
unterschiedlichen Entwicklungen in den Buchen-Na-
turwaldreservaten geprägt. So wachsen zwar einzelne
Bestände weit über diesen Mittelwert hinaus, andere
verlieren aber auch massiv an Holzvorräten durch
Schadereignisse, die bei der Buche oft mit Windwurf
und/oder Sonnenbrand einhergehen (Blaschke et al. ,
S. 102 bis 107 in diesem Band).
Beim Totholz, dessen Kohlenstoffwerte ebenfalls nach
den Vorgaben des UBA (2021) berechnet wurden, lie-
gen regelmäßige Aufnahmen erst seit den 1990iger
Jahren vor. Dabei deutet sich ein durchschnittlicher
Anstieg in den untersuchten NWR-Flächen von etwa
9 t C/ha auf etwa 16 t C/ha an (Abb. 4). Dies entspricht
einem Anstieg des im Totholz gespeicherten Kohlen-
stoffs von ca. 0,2 t C /(a*ha). Dabei zeigt die Kurve
allerdings bislang noch keine Sättigung, sodass die
Kurve in den kommenden Jahren noch etwas weiter
0
50
Kohlenstoff lebender Bestand oberirdisch und unterirdisch [t C/ha]
Jahr der Aufnahme
100
150
200
250
300
400
350
1980 1990 2000 2010 2020
0
10
Kohlenstoff Totholz [t C/ha]
Jahr der Aufnahme
20
30
50
40
60
1990 2000 2010 2020

Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
129LWF Wissen 86
ansteigen dürfte. Kohlenstoffspeicherung im Totholz
der Buchen-NWR findet statt, allerdings wird dieser
durch die bei der Buche rasch einsetzenden Abbau-
prozesse wiederum reduziert.
Bodenkohlenstoff
Wegen des fehlenden Biomassexports steht in unbe-
wirtschafteten Wäldern mehr abgestorbene Biomasse,
v. a. als Totholz, und damit potenziell mehr Kohlenstoff
zur Anreicherung des Bodens zur Verfügung. Der
größte Teil des Totholzes wird jedoch wieder veratmet,
so dass nur ein Bruchteil dazu beiträgt, die Speicher
der Humusauflage und des Mineralbodens zu erhöhen
(Krueger et al. 2016). Eine Untersuchung zum Boden-
kohlenstoff in nebeneinanderliegenden Buchen-Wirt-
schafts- und Primärwäldern in Slowenien zeigt, dass
erstere durchschnittlich 15 Prozent (bzw., 18 t C/ha)
weniger Kohlenstoff, besonders in den tieferen Boden-
schichten, gespeichert haben (Leuschner et al. 2022).
Da fast alle Buchenwälder in Deutschland genutzt
werden bzw. wurden, stellt sich in Umkehrung dieser
Information die Frage, wie schnell solche Verluste des
Bodenkohlenstoffs nach Nutzungsverzicht wieder aus-
geglichen werden können. Verschiedene Untersuchun-
gen zeigen, dass die jährliche Kohlenstoffaufnahme
in den Böden von Laub-Naturwäldern dauerhaft weit
unter 0,1 t C /ha liegen dürfte (Gleixner et al. 2009). Bei
so einer Rate würde es mindestens zwei Jahrhunderte
dauern, bis die oben genannten Verluste gegenüber
den Primärwäldern wieder ausgeglichen werden.
Verglichen mit der Kohlenstoffbindung in der leben-
den Biomasse von durchschnittlich 1,6 Tonnen C /ha
in den bayrischen Naturwaldreservaten (s. o.) ist der
Boden in unbewirtschafteten Wäldern demnach eine
eher kleine und wenig dynamische Senke, die jedoch
mit zunehmender Abflachung der Senke der Biomasse
(siehe Abb. 3) bedeutsamer wird.
Mehr Biomasse und Totholz statt Holzprodukte-
speicher und Substitution
In Wäldern mit natürlicher Entwicklung finden keine
Holzentnahmen statt, was zunächst zu einem Mehr-
zuwachs der lebenden Biomasse und einem erhöh-
ten Totholzspeicher im Vergleich zu einem genutz-
ten Wald führt. Dafür gibt es keine C-Speicherung
in Holzprodukten und auch keine Vermeidung von
Treibhausgasemissionen durch Material- und Energie-
substitution.
Die Nettoerhöhung des Holzproduktespeichers
und die Materialsubstitution sind bei Buche generell
eher gering, solange nicht eine deutlich erhöhte Ver-
wendung von Buchenholz in Holzprodukten erreicht
wird (s. o.). Deshalb ist es bei der Buche zurzeit vor
allem die energetische Substitution, die dem Mehrzu-
wachs der Biomasse bei Nutzungsverzicht gegenüber-
gestellt werden muss. Da die energetischen Substituti-
onsfaktoren unter 1 liegen (s. o.), d. h. für eine Tonne
CO2 des verbrannten Holzes weniger als eine Tonne
CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen vermieden
werden, ist bei einer reinen energetischen Nutzung der
Buche die Klimabilanz schlechter als bei Nutzungsver-
zicht. Mit jedem Festmeter Buchenholz, der stofflich
genutzt wird, verbessert sich dieses Verhältnis jedoch
zugunsten des bewirtschafteten Waldes. Zudem ist der
durchschnittliche, jährliche Gesamtzuwachs in bewirt-
schafteten Buchenwäldern gleichbleibend bzw. sogar
erhöht (Krug 2019), während bei Nutzungsverzicht
über kurz oder lang der Vorratsaufbau zurückgeht
(siehe Abb. 3) und sich irgendwann gleichbleibende
C-Vorräte einstellen (Nord-Larsen et al. 2019). Selbst
bei rein energetischer Verwendung des Buchenholzes
können sich dann bessere Klimaschutzbilanzen als
bei Nutzungsverzicht ergeben.
Ein Effekt der Holznutzung, der in vergleichenden
Klimabilanzen nicht unmittelbar quantifizierbar wer-
den kann, ist der Beitrag zur Bioökonomie (Beitrag
Torno, S. 141 bis 149 in diesem Band). Nur bei Nut-
zung kann Buchenholz als nachwachsender Rohstoff
in neuen Anwendungen, z. B. Bioraffinerien, zu einer
Kreislaufwirtschaft beitragen, die die erdölbasierte
Wirtschaftsweise ablöst.
Resümee
Wie dargestellt, trägt die Buche generell zum Klima-
schutz bei: Der Waldspeicher mit Biomasse, Totholz
und Waldboden ist eine deutliche Kohlenstoffsenke
und durch Energiesubstitution werden nennenswerte
CO2-Emissionen vermieden. Die Nettoerhöhung des
Holzproduktespeichers und die Materialsubstitution
sind bei der Buche zwar positiv, aber im Vergleich
zum Nadelholz wegen des verhältnismäßigen hohen
Energieholzanteils bisher eher gering.
Wenn es um die zukünftige Optimierung der Klima-
schutzleistung geht, müssen alle genannten Aspekte
für verschiedene Szenarien gemeinsam bilanziert
werden. Es gibt solche vergleichende Studien für
die Buche (Klein et al. 2013; Mund et al. 2015; Wörde-
hoff et al. 2017), die eine höhere Klimaschutzleistung
des Wirtschaftswaldes gegenüber einem Nutzungsver-
zicht nachweisen.

Die Besonderheiten der Buche beim Klimaschutz
130 LWF Wissen 86
Man kann über solche Studien wissenschaftlich strei-
ten. Das betrifft die Datenquellen, die von Großraumin-
venturen bis zu regionalen, nationalen oder internatio-
nalen Einzelstudien reichen und eher generelle oder
eher spezifische Aussagen erlauben. Zudem wird es je
nach Kombination dieser Daten mit Annahmen zu Aus-
gangssituation, Holznutzung und -verwendung, Substi-
tutionsfaktoren und den betrachteten Zeiträumen zu
unterschiedlichen Ergebnissen kommen (Schulz und
Weber-Blaschke 2021). Uns sind jedoch keine umfas-
senden, vergleichenden Klimaschutzbilanzen bekannt,
die einen eindeutigen, dauerhaften und generellen Kli-
maschutzvorteil unbewirtschafteter (Buchen-)Wälder
belegen. Daraus leiten wir ab, dass der Klimaschutz
nicht als primärer Grund für einen Nutzungsverzicht
angeführt werden kann. Umgekehrt darf Klimaschutz
aber auch nicht als Argument gegen eine natürliche
Entwicklung in Buchenwäldern benutzt werden, wenn
dies naturschutzfachlich erforderlich ist.
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Keywords: European beech, carbon sequestration, wood
substitution effects by replacing emission-intensive mate-
rials and fuels, contribution of managed and unmanaged
beech forests to climate change mitigation.
Summary: Beech forests in Germany contribute to clima-
te change mitigation by carbon sequestration in living
biomass, forest soils and dead wood. Additionally fossil
fuel emissions are avoided by prevalent Beech fuelwood
use. Beech contributes less to climate change mitigation
by prolonged carbon sequestration in wood products
and concomitant material substitution effects. Optimal
climate change mitigation strategies for Beech forests are
controversial and depend on basic assumptions. Given
the actual state of scientific knowledge there is little evi-
dence for unmanaged forests to be the best permanent
climate change mitigation option.