Hightech-Rohstoff mit Zukunft

Auch in unserer modernen Welt ist Holz ein unverzichtbarer Werk- und Baustoff. Über Jahrhunderte wurde Holz in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Basierend auf handwerklichen Kenntnissen und Traditionen wurden bewährte Verarbeitungstechnologien entwickelt, überliefert und weiter optimiert.

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wird das Wissen um die materialgerechte Verarbeitung und Nutzung ingenieurmäßig ausgebaut. Im Ergebnis konnten neue Werkstoffe aus Holz entwickelt und weitere Anwendungsbereiche erschlossen werden. Holz ist damit nach wie vor ein aktueller und zukunftsfähiger Werkstoff.

Holz wird zu einer Vielzahl von Produkten verarbeitet. Dabei wird zwischen Vollholzprodukten und Holzwerkstoffen unterschieden. Der Begriff „Vollholz“ steht für das allseits bekannte Massiv- oder Schnittholz. Schnittholz wird in Sägewerken erzeugt, indem dort die runden Stammabschnitte zu Balken, Bohlen, Brettern, Kanthölzern etc. zurechtgesägt werden. Wuchstypische Holzeigenschaften wie Jahrringstruktur und Astansätze bleiben unverändert erhalten und prägen das typische Aussehen sowie die physikalischen Eigenschaften des Schnittholzes.

Holzwerkstoffe sind dagegen Werkstoffe, bei denen Holz zunächst zerkleinert und dann wieder zu neuen Werkstoffen zusammengesetzt wird. Dabei können die Holzeigenschaften mit Blick auf bestimmte Anwendungsbereiche gezielt verändert und optimiert werden. Die wichtigsten Holzwerkstoffe sind die Spanplatte, die Faserplatte (z. B. Laminat), die Grobspanplatte (OSB, Oriented Strand Boards) sowie das Sperrholz. Je nach verwendeten Bindemitteln und evtl. Zusatzstoffen (z. B. Gips oder Zement) lassen sich homogene Werkstoffe mit spezifischen Eigenschaften in nahezu jeder beliebigen Größe herstellen.

Brettsperrholz und Brettschichtholz sind Bindeglieder zwischen dem Vollholz und den Holzwerkstoffen. Hier wird das Holz zunächst in kleine Bretter oder Stäbe zersägt, die dann wieder miteinander verleimt werden. Beim Brettschichtholz erfolgt dies längs zur Faser, beim Brettsperrholz quer zur Faser ("über Kreuz"). So lassen sich hochfeste, statisch vorberechnete Bauelemente ("Leimbinder") herstellen und kühne, mit früheren Baustoffen nicht realisierbare Konstruktionen verwirklichen.

Eine neue Werkstoffgruppe sind die sogenannten Wood-Plastic-Composites (WPC). Dabei handelt es sich um thermoplastisch verarbeitbare Verbundwerkstoffe aus Holz, Kunststoff und synthetischen Additiven. Ein typisches Beispiel für diese Produktgruppe ist eine wetterfeste Terrassendiele hergestellt aus 70 % Holzmehl, 25 % Polyethylen oder Polypropylen und 5 % Additiven (z. B. UV-Schutzzusätzen und Farbpigmente). Die WPC’s sind eine neue Werkstoffgruppe mit großem technologischem Potenzial.

Hier ist Holz drin

Immer knappere Ressourcen wie Wasser, Land und Rohstoffe veranlassen Forscher und Entwickler, nach Alternativen für Öl, Baumwolle oder auch Plastik Ausschau zu halten. Holz ist dabei ein ganz besonderer Rohstoff. Es ist ein nachwachsender Rohstoff mit einzigartigen technischen Möglichkeiten., Es kann mit geringem Energie- und Ressourceneinsatz natürlich und umweltverträglich erzeugt undverarbeitet werden. Im Rahmen der sogenannten Kaskadennutzung kann das bereits gebrauchte Holz mehrfach verwendet werden (Recycling). Und selbst am Ende seiner Nutzung kann es noch klimaneutral verbrannt werden und fossile Energieträger ersetzen. Doch diese Vorzüge kommen nur zum Tragen, wenn das Holz – wie in Deutschland üblich – auch nachhaltig erzeugt wurde. Die folgenden drei Beispiele zeigen, wo Holz zukünftig drin stecken kann:
 

Zukunftsmusik: Kompostierbares Holz statt Plastikgehäuse?

Elektronische Geräte wie Computer, Drucker und Scanner erfahren in den letzten Jahren immer kürzere Halbwertszeiten. Sie sind mittlerweile zu erschwinglichen Arbeitsgeräten geworden, die oft nach kurzer Nutzungsdauer wieder ausgetauscht werden. Dies führt zu bergeweise Elektroschrott, der eine Menge vieler umweltschädlicher Stoffe enthält. Auf dem Müll landen auch die Gehäuse dieser Geräte, oft ein kaum recycelbares Gemenge aus verschiedenen Kunststoffen und Metallen.

Sogenanntes Flüssigholz oder auch Arboform könnte hier Abhilfe schaffen: Gewonnen wird der nachhaltige Werkstoff aus Cellulose und Lignin, das als Nebenprodukt in der Papierproduktion entsteht. Zusammengemischt mit Naturfasern und Zellulose entsteht ein Granulat, das erhitzt werden kann. Der enorme Vorteil: Es kann durch herkömmliche Maschinen aus der Kunststoffproduktion weiterverarbeitet werden. Wie beispielsweise Spritzgieß- und Tiefziehmaschinen. Zudem weist Flüssigholz hohe Festigkeitswerte auf und ermöglicht Formen, die mit Naturholz kaum realisierbar wären.

Eine erste Computer-Maus auf Holzbasis gibt es bereits zu kaufen. Ihr Gehäuse ist zu 100 Prozent biologisch abbaubar und somit kompostierbar.

Kleidung aus Holz

Aufgrund der steigenden Risiken beim Anbau und möglicher Knappheit der Baumwolle werden neue alternative Materialien als Grundstoff zur Entwicklung von Fasern gehandelt. Fast schon ein alter Hut ist darunter Holz als Ausgangsstoff. Die Viskose in unserer Kleidung zum Beispiel basiert auf Cellulose – und ist nichts anderes als Holz, meist von Buchen, Fichten, Eukalyptus oder Pinien. Um daraus anschmiegsame, schnell trocknende Kleidung zu gewinnen, werden Sägespäne mit Chemikalien gekocht. Dabei werden die Cellulosefasern herausgelöst und in mehreren Schritten zu Viskose verarbeitet. Das so erzeugte Viskosegarn lässt sich ganz ähnlich  wie Baumwolle verarbeiten. Mit der Viskose eng verwandt ist die Modalfaser, die ausschließlich aus Buchenholz hergestellt wird. Sie ist strapazierfähiger als Viskose, besonders elastisch, gleichzeitig seidig und nimmt Feuchtigkeit besonders gut auf. Mit diesen Eigenschaften eignet sich Modal besonders gut für Funktionskleidung. 

Noch recht neu ist die Entwicklung von Lyocell, einem Stoff, der aus Eukalyptus- oder Buchenholz gewonnen wird. Das Besondere dabei: Er wird ohne Zusatz verschiedener Lösungsmittel und ohne chemische Modifizierung hergestellt. Verwendet wird er hauptsächlich gemischt mit anderen Fasern. Seine glatte und knitterfreie Oberfläche eignet sich besonders für Blusenstoffe und Textilien im Sportbereich.

Der Anteil von Cellulosefasern am weltweiten Fasermarkt beträgt derzeit 6,2 Prozent. Experten gehen jedoch davon aus, dass sich der Anteil in den nächsten Jahren erhöhen wird, aufgrund der steigenden Nachfrage nach Textilien. Dabei dürfte auch eine Rolle spielen, dass der Holzanbau zur Erzeugung von Holzfasern bei nachhaltiger Forstwirtschaft wesentlich umweltfreundlicher ist als der Anbau von Baumwolle. Denn in der Forstwirtschaft müssen in der Regel keine Düngemittel und Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden.

Revolution der Spanplatte

In den 1930er Jahren erfand der Unternehmer Max Himmelheber die Spanplatte und erhöhte dadurch die Verwertung von Bäumen von 40 auf 80 Prozent. Er nutzte als Holzabfall deklarierte Späne, Sägemehl und Äste, und es gelang ihm durch Verleimung und Pressung der Späne ein robustes sowie kostengünstiges Äquivalent zum Vollholz zu schaffen.

Heute ist die Spanplatte aus dem Möbelbau nicht mehr wegzudenken: Insbesondere für die Massenproduktion sind Holzmöbel dank dieser Technik erschwinglich geworden. Und doch gibt es Grenzen. Ähnlich wie vor über 80 Jahren sind es vor allem Fragen der Effizienz und der Materialeinsparung, die die Forscher auf der Suche nach einem neuen Holzwerkstoff leiten. Und fündig werden lassen: Wissenschaftler des Thünen-Instituts für Holzforschung und dem Zentrum Holzwirtschaft der Universität Hamburg haben eine neuartige Leichtbauplatte entwickelt, die sich vor allem in einem Punkt massiv von den konventionellen Spanplatten unterscheidet – ihrem Gewicht.

Denkt man an die eigenen Möbeleinkäufe und die schweren großen Pakete, lässt die Vorstellung von leichten Platten aufhorchen. Die Holzwissenschaftler aus Hamburg-Bergedorf tüfteln bereits seit mehreren Jahren mit großem Erfolg an sogenannten Schaumkern-Leichtbauplatten, für die sich auch zunehmend die Industrie interessiert. Das Patent ist bewilligt, die Produktion kann beginnen.

Aber was revolutioniert nun die gute alte Spanplatte und macht sie um bis zu 50 Prozent leichter? Die Antwort klingt einfach, dennoch steckt jahrelange Forschung dahinter: der Kern. Bei dem neuen Modell haben die Wissenschaftler einen Werkstoff geschaffen, der sich als Sandwichplatte beschreiben lässt. Zwischen zwei dünnen festen Platten wird eine neuartige Kernschicht eingefügt. Unter viel Hitze und Druck werden die Elemente zusammengepresst. Anschließend schäumt die Kernschicht auf und härtet aus, so dass ein fester und extrem leichter Schaum entsteht.

Bei dem neuartigen Verfahren können die Wissenschaftler auf die vorhandenen Techniken zurückgreifen: Um die Platte in großem Stile zu produzieren, lassen sich die gleichen Produktionslinien wie für Spanplatten nutzen. Da Möbel heutzutage hauptsächlich in Großserien produziert werden, ist das ein entscheidender Vorteil. So könnte die Leichtbauplatte auch demnächst im Messe- oder Caravanbau zum Einsatz kommen, wo vor allem  leichtere Materialien bei gleichen Festigkeitseigenschaften Vorteile haben.

Holz als Grundlage von Bildung, Kultur und Technik

Auch in Bildung, Kultur und Unterhaltung ist Holz nicht wegzudenken: Was wäre unser Leben ohne Zeitung, Zeitschriften und Bücher?

Wie würden wir unsere Geschenke ver­packen? Könnten wir ohne Papier und Bleistifte überhaupt alle lesen und schreiben, oder wäre dies wie bei den alten Völkern nur ein Privileg von wenigen Schriftgelehrten? Auf welchen Materialien würden wir schreiben, unsere Gefühle, Gedichte und Lieder, unsere Ideen und Erfindungen festhalten und weiter geben? Wären technische Meilensteine und wissenschaft­liche Hochleistungen wie Dampfmaschine, Flugzeug oder Computer ohne Papier als Infor­mationsträger überhaupt erfunden worden?

1843 hatte Gottlob Friedrich Keller, ein Weber aus Sachsen, eine bahnbrechende Idee, näm­lich wie Holz für die Herstellung von Papier genutzt werden kann. Damals war Papier ein knappes Gut, denn es musste aus Flachsfasern und Hadern hergestellt werden, und diese standen nur in geringem Umfang zur Verfügung. Aber immer mehr Menschen dürsteten nach Wissen, Bildung und Information, die Nachfrage nach Büchern und Zeitschriften stieg und war mit den alten Verfahren nicht mehr zu bewältigen. Erst das von Gottlob Friedrich Keller entwickelte Verfahren ermöglichte die kostengünstige Herstellung von großen Papiermengen und löste eine beispiellose Verbreitung von Informationen, Wissen und Bildung aus.

Holz vernetzt die Welt

Der Austausch von Ideen und Waren zwischen unterschiedlichen Regionen, Ländern und Erdteilen wäre ohne Holz noch viel beschwerlicher gewesen. Schon der kurze Transport der landwirtschaftlichen Ernte in die Scheune ist ohne hölzerne Erntewagen kaum zu bewerk­stelligen gewesen.
 

Über viele Jahrhunderte bestanden Boote, Schlitten, Wagen und Räder ausnahmslos aus Holz. Ohne Holzschiffe hätte Kolumbus 1492 Amerika nicht entdeckt, und die Brüder Wright wären fast 400 Jahre später mit ihrem Flugzeug nicht vom Boden abge­hoben.

Das erste Fahrrad, das 1817 von Freiherrn Karl von Drais erfundene Laufrad, war aus Holz. Das erste mechanische Individualverkehrsmittel war erfunden. Wenige Jahre später revolutio­nierte die Eisenbahn das Reisen. Die Schwellen, die die Spurweite der Schienen bestimmen und dazu beitragen, dass die Schienenstränge auch bei hoher Belastung stabil bleiben, waren und sind teilweise heute noch aus Holz.

Doch nicht nur die Fahrzeuge, auch Transportbehältnisse wie Fässer und Kisten waren aus Holz. Selbst heute, im Zeitalter der Containerschifffahrt und des Online-Handels: Ohne Holz­paletten, Kartonagen und Verpackungen auf Holzbasis wären diese Warenströme und unser hoher Lebensstandard nicht möglich.