Neues aus der Wissenschaft

So arbeitet die Forschung am Baustoff Holz

Nicht braun, sondern durchsichtig. Keine Schiefergefahr, sondern fester als Stahl. Nicht genagelt, sondern genäht. Kann Holz wirklich diese Eigenschaften haben? Natürlich. Lesen Sie hier, woran die Forschung aktuell arbeitet, wie sie Holz für den Bau präpariert und umwandelt.

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Baumaterialien Forschung und Entwicklung Holz Aerogele Dämmung Roboter
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© YouTube/ Rahma Bacha

Stark wie eine Eiche

Allein bei der Vorstellung, Holz gänzlich statt Stahl zu verwenden, würden die meisten Menschen schon aufgeben. Ein Forscherteam an der Universität Maryland aber nicht – und hat es geschafft, Holz zehnfach härter und um ein Zwölffaches stabiler zu machen. Der Nutzstoff ist damit so stabil wie Stahl – doch immer noch sechsmal leichter. Wie soll das möglich sein? Zuerst wird das Lignin, einer der Hauptstoffe, aus dem Holz entfernt. Lignine sind die Biopolymere, die zur Verholzung führen und die das Holz erst spröde machen. Bei 65 Grad Celsius wird das Holz dann gepresst, so verschwinden Hohlräume. Das Gewicht ist zu diesem Zeitpunkt noch dasselbe, jedoch ist das Volumen auf ein Fünftel des Ursprungsmaterials zusammengeschrumpft. Durch die immer noch erhaltenen, doch zusammengedrückten Fasern hat das Holz nun eine Dichte von 1,5 Kilogramm pro Kubikdezimeter. 

Etwas Geduld bis zum 300 Meter hohen Baumhaus müssen wir aber wohl noch haben. Denn es handelt sich nach wie vor um ein Naturprodukt und seine Zuverlässigkeit muss noch genügend getestet werden, bevor Hochhäuser daraus gebaut werden.

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Stark wie eine Eiche

Allein bei der Vorstellung, Holz gänzlich statt Stahl zu verwenden, würden die meisten Menschen schon aufgeben. Ein Forscherteam an der Universität Maryland aber nicht – und hat es geschafft, Holz zehnfach härter und um ein Zwölffaches stabiler zu machen. Der Nutzstoff ist damit so stabil wie Stahl – doch immer noch sechsmal leichter. Wie soll das möglich sein? Zuerst wird das Lignin, einer der Hauptstoffe, aus dem Holz entfernt. Lignine sind die Biopolymere, die zur Verholzung führen und die das Holz erst spröde machen. Bei 65 Grad Celsius wird das Holz dann gepresst, so verschwinden Hohlräume. Das Gewicht ist zu diesem Zeitpunkt noch dasselbe, jedoch ist das Volumen auf ein Fünftel des Ursprungsmaterials zusammengeschrumpft. Durch die immer noch erhaltenen, doch zusammengedrückten Fasern hat das Holz nun eine Dichte von 1,5 Kilogramm pro Kubikdezimeter. 

Etwas Geduld bis zum 300 Meter hohen Baumhaus müssen wir aber wohl noch haben. Denn es handelt sich nach wie vor um ein Naturprodukt und seine Zuverlässigkeit muss noch genügend getestet werden, bevor Hochhäuser daraus gebaut werden.

© YouTube/UMD

Geh‘ mir nicht aus der Sonne, Baum!

Wird es wohl bald Fenster aus Holz geben? Dieselbe Forschergruppe von der US-Ostküste stieß nämlich auch auf die Möglichkeit – man glaubt es kaum – Holz durchsichtig zu machen. Auch hier müssen zuallererst die Lignine entfernt werden, denn sie geben dem Holz erst seine braune Farbe. Quer zu den Fasern müsste das Holz dann aufgeschnitten werden, um das Licht durchdringen zu lassen – das soll angeblich fast so gut funktionieren wie bei Glas. Dennoch soll mit dem Licht nicht auch Hitze durchkommen, da Wärmeeinstrahlung längerwellig als Licht ist und das der Durchmesser der Fasern nicht erlaubt. Auf einem ähnlichen Prinzip beruht die Entwicklung durchsichtigen, höchst stabilen Papiers, das Plastik ersetzen soll. 

© YouTube/Northmen

Die Zeder zeigt es

Yakisuki heißt im Japanischen eigentlich gegrillte oder verbrannte Zeder – also nicht unbedingt ein Begriff, mit dem man sofort etwas Positives im Hausbau verbinden würde. Doch oberflächlich verkohltes Holz ist tatsächlich ein neuer Trend in der Fachwelt der Baumaterialien und des Designs. Holzkarbonisierung kommt ursprünglich aus Japan und wird in Europa eher bei Fichten, Lärchen und Eichen angewendet. Dabei wird nur die oberste Schicht kontrolliert verbrannt, wodurch die Maserung noch einmal stärker erscheint. Doch der Vorgang hat noch einen anderen Zweck als bloße Optik. Denn durch die Verbrennung schließen sich die Poren des Holzes, Pilze, Insekten und Feuchtigkeit können kaum oder gar nicht mehr durch. Damit entfällt eigentlich sogar die Notwendigkeit eines zusätzlichen Holzschutzes. 

© YouTube/ Thoisoi2 - Chemical Experiments!

Verdämmt nochmal

Doch bleiben wir bei den Ligninen. Reine Lignin-Aerogele herzustellen, das war der Wissenschaft bisher noch nicht möglich. Aerogele sind hochporöse Körper, die beinahe nur aus Poren bestehen und in verschiedensten Bereichen Anwendung finden, unter anderem wegen ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und Stabilität. Da Silicat-Aerogele eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben, werden sie aber auch besonders gerne als transparente Dämmer eingesetzt. Ein Team an der Technischen Universität Hamburg-Harburg hat es nun geschafft, Lignine in Aerogele umzuwandeln. Das Lignin wurde erst aus Buchenrestholz und Weizenstroh gewonnen, indem es durch ein organisches Lösungsmittel vom Holz abgetrennt wird. Nach der komplexen Umwandung in Aerogele, übertrifft das neue Material die Dämmeigenschaften von Polystyrol deutlich, so das Forscherteam. 

© YouTube/Jacky Xin

Komm, nähen wir ein Baumhaus

Manchmal darf Holz einfach Holz bleiben – und doch entwickelt sich rund um das Naturmaterial einiges weiter. So wird zum Beispiel an den Methoden, wie Holz verarbeitet wird, beständig getüftelt. An der Universität Stuttgart wurde kürzlich gar ein Konstruktionssystem entwickelt, in dem das Grundmaterial – Holz natürlich – zusammengenäht wird. Eine nicht ganz alltägliche Methode, mit dem Urstoff umzugehen. „Das Nähen funktioniert wie Presslaminat“, so Architekt Achim Menges vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen. Die Nadel wurde für den Prozess speziell entwickelt. Der Vorteil am Nähen soll ganz klar sein: Die Holzfasern werden nur auf die Seite gedrückt, nicht aber zerstört, wie es beim Bohren der Fall wäre. Genäht wird natürlich nicht durch einen Menschen, sondern per Roboter – also eigentlich eine Nähmaschine an einem Knickarm.