Was Stamm und Ast Stabilität verleiht, ist einer der ältesten Werkstoffe des Menschen. Auch die beachtliche Härte mancher Holzarten spielt dabei eine wichtige Rolle. Dennoch reicht sie bekanntlich für viele Anwendungen nicht aus und so kommen stattdessen Metalle, Kunststoffe und Keramikmaterialien zum Einsatz. Die Herstellung dieser Werkstoffe ist allerdings oft aufwändig: Sie müssen etwa unter hohen Temperaturen hergestellt werden und weisen auch durch weitere Aspekte eine eher schlechte Öko-Bilanz auf. “Wenn man sich die harten Materialien ansieht, die wir im täglichen Leben verwenden, sieht man, dass viele von ihnen aufwändig hergestellt werden müssen, weil die natürlichen Materialien nicht unbedingt unseren Bedürfnissen entsprechen”, sagt Teng Li von der University of Maryland in College Park.
Er und seine Kollegen haben sich deshalb nun der Entwicklung von Verfahren gewidmet, um Holz besser nutzbar zu machen. Es gibt zwar schon lange Methoden, um es zu härten. So werden etwa für die Aufbereitung des Materials für die Herstellung von Möbeln oder Baumaterialien Hölzer durch Dampf und Druck bearbeitet, um für verbesserte Merkmale zu sorgen. Doch die Steigerung der Härte lässt nach wie vor zu wünschen übrig, sagen die Forscher. „Unser derzeitiger Gebrauch von Holz schöpft sein Potenzial kaum aus”, ist Li überzeugt.
Mit wenig Aufwand hart gemacht
Wie er und seine Kollegen erklären, steckt das harte Potenzial des Holzes in dem Bestandteil Zellulose. Es besteht zu 40 bis 50 Prozent aus diesem Biomolekül, das in den pflanzlichen Zellwänden des Naturstoffes steckt und seine Skelettstruktur bildet. Der Rest der Substanz wird neben Hemizellulose aus dem Biopolymer Lignin gebildet, das als eine Art Bindemittel fungiert. Das neue Härtungs-Verfahren von Li und seinen Kollegen basiert auf der Entfernung dieses Bestandteils, ohne dass das Zelluloseskelett zerstört wird, sowie der anschließenden Komprimierung des Gefüges.
Im ersten Schritt wird Holz dazu bei 100 Grad Celsius in einem Bad aus vergleichsweise harmlosen chemischen Substanzen gekocht. Diese Brühe kann anschließend auch erneut wiederverwendet werden, betonen die Forscher. Die Substanzen ziehen dabei in das Material ein und lösen das Lignin aus dem Verband. Dabei kommt es zunächst zu einem überraschend wirkenden Effekt: Das Ausgangsmaterial wird weich. “Im ersten Schritt der Delignifizierung wird das Holz flexibel und geradezu etwas schwammig. Im zweiten Schritt führen wir dann allerdings eine Heißpressung durch, indem wir Druck und Hitze auf das chemisch behandelte Holz ausüben. So wird es verdichtet und die wässrigen Lösungen werden entfernt“, erklärt Li. Anschließend wird das gehärtete Holz mit Ölen behandelt, um es für den Gebrauch im Kontakt mit Feuchtigkeit zu optimieren – denn Zellulose neigt dazu, Wasser zu absorbieren. Danach kann das gehärtete Holz dann in die jeweils gewünschte Form geschnitzt oder geschliffen werden.
