Holz – Werkstoff der Zukunft?

Der nachwachsende Rohstoff Holz kann mehr als nur Spanplatte. Dank modernster Technologien erhält er innovative Funktionalitäten und damit neue Einsatzmöglichkeiten.

Wenn es nach Prof. Martin Stosch ginge, sollte der Werkstoff Holz künftig deutlich intelligenter genutzt werden, als lediglich zu einer Span- bzw. Sperrholzplatte verpresst zu werden. „Holz ist ein nachwachsender Rohstoff und ein wirklich nachhaltiger Werkstoff. Allerdings fehlen uns bislang ressourcenschonende Technologien, mit denen wir aus Holz nachhaltige Produkte schaffen, die lange benutzt, repariert und am Ende sinnvoll und umweltfreundlich entsorgt werden können“, erklärt der Experte für industriellen Möbelbau des Fachbereichs Produktions- und Holztechnik an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo. Er und viele seiner Kollegen an europäischen Hochschulen forschen daher an Technologien, mit deren Hilfe natives Holz ganz neue Funktionen erhält und sich damit Einsatzgebiete außerhalb der Möbelindustrie und dem Holzbau erschließen kann. Sogar der Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau oder der Automobilindustrie sei denkbar, so Stosch. Ein Beispiel dafür seien von Kollegen der TU Chemnitz entwickelte Fördersysteme und Bearbeitungszentren aus Buchensperrholz, die nicht nur mit hoher Präzision, sondern auch mit exzellenten Dämpfungseigenschaften überzeugen. 

Design ist kein Alleinstellungsmerkmal mehr

Auslöser für die Anstrengungen liegen zum einen im gestiegenen Umweltbewusstsein der Verbraucher und dem Anspruch an einen ressourcenschonenden Umgang mit dem nachwachsenden Rohstoff Holz. Zum anderen unterscheiden sich die Möbelhersteller heute kaum noch hinsichtlich des Designs, das immer schlichter geworden ist und sich vor allem an der Funktion orientiert. „Die moderne, weiße Hochglanzküche steht für eine Entmaterialisierung, die sich durch alle Branchen zieht“ erklärt Stosch. „Das wirkt sich auch auf die Gestaltungsaufgaben aus. Benötigte man früher ein Telefon, eine Kamera, ein Diktiergerät, einen Taschenrechner etc. braucht man heute nur noch ein Mobiltelefon. Und wer stellt sich in Zeiten von E-Book-Readern noch eine Bücherwand ins Wohnzimmer?“ Die Hersteller können sich also nicht mehr wirklich über das Design von einander abheben. Zudem ist die Spanplatte zwar ein extrem günstiges Material, jedoch weder besonders leistungsstark noch nachhaltig oder gar smart. Ein Ausweg und eine Chance, sich von anderen zu unterscheiden, besteht nach Ansicht von Stosch im Aufladen der Produkte mit besonderen Funktionalitäten – also im „Smart Wood“, dem intelligenten Holz, das mehr kann.

Buchenholz – zu schade zum Verheizen


Buchenholz nimmt bei der innovativen Nutzung von Holz eine Ausnahmestellung ein. Es kommt in Deutschland und hier speziell in Ostwestfalen Lippe, dem Zentrum der deutschen Möbelindustrie, am häufigsten vor. „Allerdings wird heute aus Buchenholz überwiegend Grillkohle hergestellt“, bedauert Stosch. Das liegt vor allem daran, dass unbehandelte Buche extrem schnell verwittert. Nach nur vierzig Wochen, also nicht einmal einem Jahr, beträgt der E-Modul Null. Das heißt das Holz zerbröselt. Da Buchenholz jedoch ein außergewöhnlich tragfähiges Holz ist und in Sachen Zugfestigkeit problemlos mit Glasfaser mithalten kann, beschäftigen sich derzeit zahlreiche Forschungsvorhaben weltweit mit der Frage, wie sich die Eigenschaften des Holzes nachhaltig verändern lassen.

Witterungsbeständiger als Teakholz


So entwickelte der Fachbereich Holzbiologie und Holzprodukte der Georg-August-Universität Göttingen ein Verfahren, um die Witterungsbeständigkeit von Buchenholz dauerhaft zu verbessern. Die Forscher bedienten sich dazu eines Produkts, das die Textilindustrie verwendet, um Baumwollfasern knitterfrei zu machen. Dieses Mittel wurde im Kesseldruckverfahren in Buchenholzfurniere gepumpt. Das Ergebnis: die so behandelten Furniere können dauerhafter bewittert werden als Teakholz und eignen sich sogar für Pooleinfassungen. Allerdings benötigen diese witterungsbeständigen Furniere hochwertige Leimsysteme, woran die Markteinführung des Verfahrens bislang scheiterte.

Lignin-Entzug verbessert mechanische Eigenschaften

Auch die Forscher der EMPA, der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt in Zürich, erdachten eine Technologie, mit der sich die mechanischen Eigenschaften von Holz deutlich verbessern und Hölzer zudem mit neuen Eigenschaften ausstatten lassen: Sie entzogen dem Holz mithilfe von Säure den stabilisierenden, natürlichen Klebstoff Lignin und verdichteten es anschließend. Das auf diese Weise erzeugte Material ist dreimal steifer und zugfester als naturbelassenes Fichtenholz. Gleichzeitig ist es wesentlich poröser und erlaubt dadurch, weitere Stoffe in die Holzstruktur einzubinden, um das Material mit neuen Eigenschaften zu versehen. Dazu zählt beispielsweise die Magnetisierung des Holzes durch Einbringen von Eisenoxid.

Weitere, zum Teil patententierte Verfahren sind die Jodierung und Metallisierung von Holz. Der EMPA ist es beispielsweise gelungen, Jod derart an die Holzstruktur zu binden, dass es nicht ausgewaschen werden kann. So ausgerüstete Holzoberflächen bieten einen dauerhaften Schutz gegen Bakterien und erhöhen die Hygiene in Bädern oder Küchen. Bei der Metallisierung werden Holz und Metall in einer echten chemischen Verbindung miteinander vereint. Die unsichtbare Metallschicht macht das Holz absolut wasserfest.
 

Topthema Leichtbau

Stosch selbst forscht mit seinem Team vor allem zu den Themen Leichtbau, Multiple-Layer-Werkstoffe und Verbindungstechnik. „Den Trend zum Leichtbau gibt es seit 2003/2004. Treiber war und ist insbesondere der mobile Innenausbau mit leistungsfähigen Sandwich-Werkstoffen“, erklärt Stosch.  Zu den Entwicklungen zählen u.a. eine Leichtbauplatte mit Hohlstrukturen, die 40 Prozent weniger Späne benötigt, als eine vergleichbare Spanplatte und ein Verfahren, mit dem via 3D-Druck ein Konstruktionspunkt direkt in eine nur vier Millimeter starke Spanplatte gedruckt wird. Der somit erreichte Form- und Kraftschluss erhöht die Haltekraft der Platte von quasi null auf rund 850 Newton.

Eine Leichtbauplatte mit Hohlräumen bietet laut Stosch viele Vorteile. So lassen sich Kabel durch die Hohlräume führen, Ladestationen für Mobiltelefone integrieren oder einzelne Flächen der Schreibtischplatte als Warmhalteplatte für Kaffeetassen oder Kühler für Laptops gestalten. „Diese Features sind bereits heute alle realisierbar und würden von der Zielgruppe auch honoriert werden“, ist sich Stosch sicher. Darüber hinaus schonen Leichtbauelemente aufgrund des deutlich geringeren Materialverbrauchs die nachwachsende Ressource Holz.

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