Holz ist ein nachwachsender Rohstoff. Wird nur so viel Holz gefällt, wie im Wald nachwachsen kann, ist es ein nachhaltiges und vielseitig einsetzbares Material. In vielen Alltagsbereichen kann Holz dadurch Plastik und andere weniger umweltfreundliche Materialien ersetzen – beispielsweise bei Möbeln und beim Bauen, als Behälter oder auch Geschirr. Wasser, Mikroorganismen und Feuer können dem natürlichen Stoff jedoch zusetzen. Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) um Ingo Burgert forschen jedoch an Methoden, die die Eigenschaften des Holzes verändern und es so widerstandsfähiger gegenüber Umwelteinflüssen machen.
Wasserfestes Holz
Wasser lässt Holz verwittern und nach einiger Zeit sogar vermodern. Das verändert nicht nur das Aussehen des Holzes, sondern zerstört es auch allmählich. Tropenhölzer wie Teak gelten zwar als besonders wetterfest und werden deswegen oft für Gartenmöbel und andere Anwendungen im Freien genutzt. Für diese Holzarten muss jedoch der ohnehin bedrohte Tropenwald abgeholzt werden. Daher suchen Forschende nach Möglichkeiten, dem Holz von anderen, häufigeren Baumarten die Beständigkeit von Tropenhölzern zu verleihen. Teakholz verdankt seine hohe Widerstandsfähigkeit chemischen Substanzen wie Flavonoiden und Terpenen. Diese Stoffe lagern sich in den engen Zellzwischenräumen ab. Dadurch bleibt zwischen den Zellen nur noch wenig Platz für Wasser und das Teakholz wird vor Verwitterung geschützt.
Um auch anderen Hölzern diese Merkmale zu verleihen, hat das Empa-Forschungsteam nach Stoffen gesucht, die ähnlich wie Flavonoide wirken. Dazu eignen sich langkettige, miteinander verknüpfte Moleküle wie Polymere, die zum Beispiel in Kunststoffen vorkommen. Um solche Moleküle in die Zellzwischenräume zu bringen, ist eine Trägerflüssigkeit notwendig. Da Wasser das Holz jedoch zum Aufquellen bringen würde, nutzen die Forschenden chemische Lösungsmittel wie DMSO und Pyridin als Trägerflüssigkeit. Sie sind zwar weder gesund noch umweltfreundlich, aber sie zeigen, dass die Idee prinzipiell funktioniert.
Aus natürlichem Holz wird so ein wasserabweisendes Holz-Kunststoff-Verbundmaterial. „Das Holz bleibt selbst dann noch wasserabweisend, wenn ich es zerkratze, denn der Kunststoff ist tief im Material drin“, erklärt Etienne Cabane vom Empa. Um ein dickes Stück Holz wasserabweisend zu machen, muss allerdings eine andere Technik her: Die Forschenden schneiden dafür das Holz in dünne Schichten, integrieren den Kunststoff und kleben die Schichten dann wieder zusammen. So entsteht Furnierholz. Daraus hat das Forschungsteam bereits ein Waschbecken gebaut. Auch bei Fensterrahmen, Bootsteilen oder anderen Orten, wo Holz regelmäßig Feuchtigkeit ausgesetzt ist, könnte das „Kunststoff-Holz“ eingesetzt werden.
Holz, das Pilzen und Bakterien trotzt
Ein weiterer Grund für die Verwitterung von Holz sind Pilze und Bakterien, denn das natürliche Baumaterial ist für Mikroorganismen eine ideale Brutstätte. Das lässt Holzfassaden gräulich erscheinen – viele Bauherren und Eigenheimbesitzer hält das davon ab, Holz als Baustoff zu verwenden. Aber auch dort, wo Hygiene besonders wichtig ist, zum Beispiel in Krankenhäusern oder in Großküchen, gilt Holz wegen dieser Mikrobenbesiedlung bisher als Tabu. Lacke und Lasuren schützen zwar vor einem Befall mit Mikroorganismen, doch sie enthalten oft giftige Stoffe.
Forschende der Empa um Mark Schubert haben jedoch eine Methode gefunden, um Holz auf natürliche Weise resistent gegen Pilze und Bakterien zu machen. Dazu nutzen sie Enzyme, die in manchen Pilzarten vorkommen. Die Schmetterlings-Tramete, eine holzbewohnende Pilzart, enthält beispielsweise Laccasen. Diese Enzyme können Iod fest an die Holzoberfläche binden und das so entstehende iodisierte Holz hat eine antimikrobielle Schutzschicht – ganz ohne schädliche Stoffe. „Der Vorteil ist, dass das chemisch gebundene Iod auswaschungsresistent und damit dauerhaft ist“, erklärt Schubert.
Das Forschungsteam hat das Verfahren bereits patentieren lassen und arbeitet mit Partnern aus der Möbel-, Bau- und Papierindustrie zusammen. So könnten Möbel mit antiseptischer Oberfläche für Krankenhäuser, witterungsbeständigere Holzfassaden oder Papier ohne toxische Bindemittel hergestellt werden. In Langzeitversuchen mit Türklinken und Außenfassaden aus dem mit Laccase iodisiertem Holz wird getestet, wie sich das Material in der Praxis bewährt.
„Verkalktes“ Holz gegen Feuer
Trotz seiner ökologischen Vorteile hat Holz einen entscheidenden Nachteil, der besonders im Bauwesen zum Tragen kommt: Es brennt leicht. Vivian Merk und ihre Kollegen von der Empa haben aber einen Weg gefunden, um die Brennbarkeit des Holzes auf natürliche Weise zu reduzieren.
Dazu mineralisiert das Forschungsteam das Holz, indem es Kalk in dessen Zellstruktur einlagert. Um das Mineral tief in die Struktur des Holzes zu bekommen, tränken sie das Holz in einer wässrigen Lösung aus Kohlensäuredimethylester und Kalziumchlorid. Anschließend erhöhen die Forschenden den pH-Wert mithilfe von Natronlauge. Dadurch reagiert das freigesetzte CO2 mit den Kalzium-Ionen und bildet Kalk in den Zellwänden und Poren. Brandtests zeigen, dass die Brennbarkeit des Holzes auf rund ein Drittel reduziert werden konnte.
Doch das „verkalkte“ Holz hat noch weitere Vorteile: Sowohl das Holz selbst als auch der eingelagerte Kalk binden CO2. Außerdem kommt das Verfahren ohne giftige Zusatzstoffe aus, die bei herkömmlichen Brandschutzbehandlungen häufig eingesetzt werden. So kann das Holz unbedenklich recycelt werden.
