Holzkohle (fachsprachlich, gemäß Deutschem Arzneibuch: Carbo pulveratur, Carbo medicinalis) ist ein fester Brennstoff und entsteht, wenn lufttrockenes Holz (auf 13 % bis 18 % Wasser getrocknet) unter Luftabschluss und ohne Sauerstoffzufuhr auf 275 °C erhitzt wird (Pyrolyse). Die Temperatur steigt dabei von selbst auf 350 °C bis 400 °C an (Holzverkohlung, ähnlich der Verkokung von Kohle). Dabei verbrennen die leichtflüchtigen Bestandteile des Holzes. Im Gegensatz zu Holz brennt bzw. glüht Holzkohle flammenlos. Als Rückstand erhält man neben gasförmigen Zersetzungsprodukten (siehe Methanol) etwa 35 % Holzkohle.
Mit der gleichen Technik kann man auch Torf zu Torfkohle und allgemein pflanzliche Ausgangsstoffe in Pflanzenkohle umwandeln. Torfkohle, die ähnliche Eigenschaften hat wie Holzkohle, war im 18. und frühen 19. Jahrhundert aufgrund von Holzknappheit recht verbreitet, ist heute aber kaum noch anzutreffen. Biokohle wird ein Potential als Mittel zur Kompensation der Kohlenstoffdioxid-Emissionen in Anbetracht der globalen Erwärmung zugeschrieben, ihre Herstellung wurde in den vergangenen Jahren intensiviert.
Die Holzkohle unterscheidet sich in vielen Eigenschaften von anderen Pyrokohlen, Hydrokohle oder Faserkohle (Fusit).
Seit dem Altertum konnten die zum Verhütten und Schmelzen von Metallen, insbesondere Eisen notwendigen Temperaturen nur durch die Verbrennung von Holzkohle erreicht werden. Die große Nachfrage nach Holzkohle führte im 16. Jahrhundert zur Holzknappheit durch Entwaldung, eine ökologische Katastrophe, der erst im 19. Jahrhundert durch Aufforstung entgegengewirkt wurde.
Anfang des 18. Jahrhunderts waren die Wälder in Großbritannien und später auch in Deutschland (siehe Lahn-Dill-Gebiet) durch den zunehmenden Verbrauch von Holzkohle (und durch die anderen Verwendungen wie Schiffbau, Bauholz, Pfahlfundamente, Kanalbau etc.) so weit ausgebeutet worden, dass sich die Knappheit an Holzkohle in der Eisenproduktion zu einem ernsten nationalen Problem entwickelte. Die Eisenhütten waren deshalb gezwungen, andere Verbrennungsmaterialien zu suchen. Die Lösung des Problems bestand im Einsatz von Koks als Brennstoff für die Hochöfen und in der Entwicklung des mit Steinkohle betriebenen Puddelverfahrens zur Erzeugung von Schmiedeeisen.
Um die von der Holzkohle ausgehenden Gefahren zu mindern, wurden Anfang des 19. Jahrhunderts baupolizeiliche Verordnungen hinsichtlich der Brandverhütung erlassen. Beispielsweise erließ die herzoglich-nassauische Regierung im November 1826 eine solche Verordnung. Der Ort und die Art der Aufbewahrung mussten dem Ortsschultheißen angezeigt werden, der eine polizeiliche Aufsicht veranlassen konnte.
Mit dem Ausbau der Eisenbahnen und der Verkehrswege wurde die Holzkohle immer mehr durch die Steinkohle verdrängt. Auch gewannen Strom und Gas als Energieträger immer mehr an Bedeutung. Während des ersten und Zweiten Weltkriegs wurde die Holzkohle vom Gewerbe, der Industrie und der Armee wieder begehrt (Holzvergaser etc.).
Während in einigen Industrieländern Holzkohle nur noch als Grillkohle bekannt ist, werden weiterhin in Brasilien große Mengen für die Eisenverhüttung hergestellt, da das Land kaum Steinkohle besitzt. Um den Holzbedarf zu decken, wurden große Eukalyptusplantagen angelegt.
Auch heute noch ist in manchen Ländern die Abholzung zur Holzkohlegewinnung ein gravierendes Problem, zum Beispiel in Haiti, wo sie 60 % der heimischen Energie liefert. Das gleiche Schicksal droht Madagaskar, wo ebenfalls Holzkohle der verbreitetste Brennstoff ist.
Eigenschaften und Zusammensetzung
Holzkohle ist ein Gemisch organischer Verbindungen mit 81 % bis 90 % Kohlenstoff, 3 % Wasserstoff, 6 % Sauerstoff, 1 % Stickstoff, 6 % Feuchtigkeit und 1 % bis 2 % Asche und nur unbedeutenden Mengen Schwefel.
Die Holzkohle bildet ein lockeres, schwarzes Produkt mit einer Rohdichte zwischen 0,15 und 0,40 g cm−3 und Reindichte zwischen 1,38 und 1,46 g cm−3. Die Porosität der Holzkohle schwankt in Abhängigkeit von der Holzart sowie der Geschwindigkeit und Endtemperatur der Verkohlung zwischen 72 % und 85 %, die Innere Oberfläche beträgt 50–100 m2/g, deshalb weist sie ein hohes Adsorptionsvermögen auf. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt circa 0,042 W/(m·K) bei 0 °C und 0,073 W/(m·K) bei 200 °C.
Bezogen auf das Holzeinsatzmaterial treten bei der Pyrolyse ein Volumenschwund von 35 % bis 45 % und ein Massenschwund von 65 % bis 75 % ein.
Holzkohle lässt sich verhältnismäßig leicht entzünden (350 °C bis 400 °C) und brennt ohne Flamme weiter, weil die flammenbildenden Gase bereits bei der Verkohlung entwichen sind. Sie brennt mit einer höheren Temperatur als Holz. Die Verbrennungstemperatur der Holzkohle beträgt 800 °C.
Pro Kilogramm Holzkohle werden bei der Verbrennung je nach Qualität etwa 28–35 MJ an Energie frei.
Nach einer anderen Quelle beträgt der Heizwert je nach verwendeter Holzsorte umgerechnet 31,6–32,9 MJ/kg.
Der Heizwert erhöht sich mit wachsender Verkohlungstemperatur. Durch Erhöhung der Pyrolyseendtemperatur von 400 °C auf 1200 °C steigt die spezifische Wärme von 1,02 auf 1,60 kJ/(kg·K) an.
Harzfreies, nicht saftreiches Holz gibt glanzlose, höchst poröse Kohle, die aus harzigem, saftreichem Holz erhaltene Holzkohle enthält im Innern der Zellen die aus den Saftbestandteilen gebildete Glanzkohle. Stets ist Holzkohle leicht zerreibbar, aber nur infolge ihrer Struktur; die Kohlensubstanz selbst ist hart und ein gutes Poliermittel für Metall. Bei gewöhnlicher Temperatur ist sie höchst beständig und liegt jahrhundertelang im Boden, ohne sich zu verändern; an der Luft adsorbiert sie bestimmte Gasbestandteile und Dämpfe sowie aus Flüssigkeiten suspendierte Stoffe.