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Grüne Wege, das Holz zu schützen

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Der Einsatz von Holz ist bekannt für einen positiven Einfluss auf Umwelt und Wohlbefinden. Aber verschiedene Hürden bremsen immer noch die Verwendung des Baustoffs. Darunter fällt, dass Holz dazu neigt zu zerfallen. Dem ohne giftige Behandlungsmethoden zu begegnen, ist schwierig. Von der innovativen Idee bis zu ersten Umsetzungsversuchen - die BFH wartet mit einer sehr wirksamen, biobasierten Behandlung auf.

Versuchsserie zur biologischen Beständigkeit – beim Partner CiRAD (Frankreich)

Zahlreiche wissenschaftliche Studien haben nachgewiesen, dass eine natürliche Umgebung positive Effekte auf das psychische Wohlbefinden hat. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung von Holz im Innenbereich eine psychophysiologische Wirkung auf Menschen hat und den Faktor Stress stark reduziert. Darüber hinaus wurde aufgezeigt, dass Umweltbelange bei der Wahl der Innenausstattung für die Bewohner immer wichtiger werden1. Als natürliche Ressource wurde Holz im Laufe der Jahrhunderte für vielfältige Anwendungen eingesetzt. Holz ist ausserdem ein Material, das auch im Aussenbereich verwendet wird und einen Beitrag an natürlichen Elementen in städtischen Umgebungen leistet.

Es gibt jedoch auch Faktoren, die den Einsatz von Holz behindern. So wird es durch Krankheitserreger (holzzersetzende Pilze, holzfressende Insekten) abgebaut und verformt sich unter der Einwirkung von Feuchtigkeit. Um diesen Nachteilen zu begegnen, gibt es mehrere Möglichkeiten: die Herstellung von formstabilen Holzverbundwerkstoffen, die im Habitat weit verbreitet sind, deren Emission von flüchtigen organischen Verbindungen oder Formaldehyd jedoch ein großes Problem darstellt. Oder die Behandlung von Massivholz mit Chemikalien mittels verschiedener Methoden, die zu einer akzeptablen Lebensdauer im Aussenbereich führt.

Die Problematik des Holzschutzes ist nicht neu und in der Auseinandersetzung mit ihr kommt man zum Schluss: Die effektivsten und billigsten Produkte werden oft aus fossilen und giftigen Ressourcen gewonnen, was sich auf die Umwelt und die Gesundheit von Herstellern und Verbrauchern auswirkt. Es handelt sich dabei zum Beispiel um die Salze von CCA2  oder von Teeröl. Sie wurden massiv eingesetzt als Holzschutz im Aussenbereich, sind heute jedoch verboten oder ein Verbot ist geplant. Bis jetzt gibt es keine vollkommen zufriedenstellende Alternative.

Die bestehende Herausforderung, biobasierte Holzschutzsysteme zu entwickeln - umweltfreundlich, zu vernünftigen Kosten und mit Leistungen, die mindestens äquivalent sind zu den Referenzsystemen - wurde von zahlreichen Labors angegangen, mit noch wenig industrieller Umsetzung.

Der Weg der chemischen Modifikation von Holz wird oft gewählt, weil er die Empfindlichkeit des Holzes gegenüber Wasser verringert und somit seine Form stabilisiert und die Lebensdauer erhöht. Die chemische Modifikation besteht in der Wirkung von ausgewählten chemischen Mitteln auf die chemischen Bestandteile des Holzes (Cellulose, Hemicellulose, Lignin), durch Fixierung in der Struktur und das Auffüllen der Zellwände und/oder der Lumen. Es existieren zwei wichtige kommerzielle Produkte: Kebony® (mit Furfurylalkohol modifiziertes Holz) und Accoya® (mit Essigsäureanhydrid modifiziertes Holz). Diese zwei Materialien erfüllen die folgenden Ziele nur teilweise: biobasierte Behandlung, einfaches Verfahren, physikalisches und mechanisches Leistungsverhalten des behandelten Holzes. Und sie haben einige Nachteile: Säuregehalt des Holzes, Geruch, Farbe.

Die im Jahr 2004 an der Universität Lothringen initiierte Polymerisation von Biopolymer-Vorprodukten in Holz war ein völlig neuer Ansatz, der in den letzten neun Jahren an der BFH mit Erfolg fortgesetzt wurde3. Holz durch die Wirkung von Biopolymeren zu modifizieren ist nicht trivial. Wir haben in unserer Arbeit eine breite Selektion vorgenommen. Die Verwendung von PBS (Polybutylensuccinat) zum Beispiel wurde verworfen, da das Rohmaterial schwierig und nur über weite Wege zu beschaffen war, Collagen und Lacke schlecht hafteten und das Verfahren komplex und teuer war im Verhältnis zur Leistung des Materials.

Eisenbahnschwelle während der Imprägnierung im Labor der BFH.

Dagegen ist Milchsäure, eine Vorstufe von PLA (Polymilchsäure), eine sehr wettbewerbsfähige Alternative. Sie ist biobasiert (sie stammt hauptsächlich aus der Gärung von Mais), wird in Europa reichlich und zu einem konkurrenzfähigen Preis produziert und verleiht dem Holz ein vielversprechendes Leistungsverhalten: ausgezeichnete biologische Beständigkeit und Formstabilität und das durch ein einfaches Verfahren.

Um die Leistungsfähigkeit noch zu verbessern, wurde im Rahmen des europäischen Projekts BioCoPol (Förderung WoodWisdom Net+ JC4, 2014-2017), initiiert und koordiniert durch die BFH, die Verbindung von Polymilchsäure mit anderen Verbundstoffen untersucht. So wurden einige der vielversprechendsten derzeitigen Laborbehandlungen für die chemische Modifikation von Holz verknüpft: Polymilchsäure (BFH), verschiedene Polysäuren, Biopolyester und Polyglycerol4 (UL5  – LERMAB6 ) und Tannine (FHS7 , CiRAD8). Da alle biobasiert sind, sind diese Behandlungen auch nicht giftig. Ihre Verbindung sollte ihre Leistungsfähigkeit ergänzen, komplementieren. Es hat sich jedoch gezeigt, dass jedes einzelne Produkt für sich dem Holz bessere Eigenschaften verleiht, und dass die Arbeit an den Behandlungsbedingungen sinnvoller ist. Um die Umwelt zu schonen, war die Auslaugungsneigung ein Kriterium der Wahl. In Bezug auf die Leistung erreichten mehrere Varianten je Behandlung die gesetzten Ziele der Haltbarkeit und Formstabilität9. Die Zusammenarbeit mit zwei Industriepartnern (Corbat Holding AG, Schweiz und Pongauer Jägerzaun GmbH, Österreich) hat es ermöglicht, potenziell denkbare Anwendungen zu identifizieren. Insbesondere Terrassendielen, Fassaden und Gartenmöbel sind Gegenstand eines laufenden Projekts, EcoViaLactique (Förderung WHFF, 2017-2018) in Zusammenarbeit mit der Corbat Holding AG und der Jungbunzlauer AG (Schweiz), dessen Arbeit helfen wird, den Markt zu sondieren, die Wirtschaftlichkeit einer industriellen Umsetzung zu bestätigen, die Charakterisierungsversuche an Endprodukten abzuschließen und eine kurze Vorstudie über kaskadierende Recyclingmöglichkeiten durchzuführen. Darüber hinaus wurden alle Versuche an der Buche durchgeführt, einer weitgehend ungenutzten lokalen Holzart, die dann an mehreren anderen einheimischen Arten bestätigt wurden.

 

Quellangaben:

1 Burnard and Kutnar. 2015. Wood Sci Technol, 49, 969–986; Burnard et al. 2017. Indoor Built Environ, 26 (1), 92–107
2 Cuivre – Chrome – Arsenic
3 Noël et al. 2009. Bioresource Technol, 100, 4711–4716 et 4717–4722; 2011. ISBN 978-953-307-150-3, Chapter 4; 2014. J Renew Mater, 2(4), 291-305; 2015. J Wood Chem Technol, 35, 325–336; 2015. International Wood Products Journal, 6(1), 14–20 et 2016. 7(2), 80–88
4 L'hostis et al. 2018. Holzforschung, 72, 291–299
5 Université de Lorraine, Nancy, France
6 Laboratoire d’études et de recherche sur le matériau bois, Nancy, France
7 Fachhochschule Salzburg, Kuchl, Autriche
8 CiRAD, Montpellier, France
9 Grosse et al. 2016. IRG/WP 16-40741 et 2018. J Renew Mater, 6(3), 259–269