Institut für
HF Holzforschung
Nachhaltige stoffliche Holznutzung
Die effiziente stoffliche Nutzung von Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft leistet einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz. Durch Entwaldung und Übernutzung können jedoch auch große Schäden an Natur und Klima entstehen. Das Thünen-Institut für Holzforschung arbeitet an Lösungen, die zu einer nachhaltigen, ressourceneffizienten, sicheren und innovativen Verwendung von Holz beitragen.
Ziel unserer Forschung zur stofflichen Nutzbarkeit von Holz und anderen Lignocellulosen sowie zum langfristigen Verbleib im Stoffkreislauf ist es, die Klimawirkung der Holznutzung zu optimieren, gefährdete Holzarten und Wälder zu schützen und den gesellschaftlichen Nutzen des Sektors zu verbessern. Verbraucher*innen sollen sicher sein können, dass von Holzprodukten keine Gefahr für die Gesundheit ausgeht. Die Eigenschaften von Holz und holzbasierten Materialien werden experimentell analysiert, neue Konversionsprozesse in Labor und Technikum erforscht und praktisch umgesetzt. Klimarelevante Daten werden erhoben und für ganz Deutschland modelliert.
Die Optimierung der stofflichen Nutzbarkeit von Holz beginnt mit der Analyse der grundlegenden Materialeigenschaften.
Diese untersuchen wir an Holz und anderen holzbasierten Materialien (z.B. Holzwerkstoffen, Papier u. a.). Zu diesem Zweck bestimmen wir die Art des Holzes und den Aufbau der Zellstruktur mittels mikroskopischer und spektroskopischer Verfahren. Die natürliche Resistenz von Holz gegenüber biotischen Schädlingen weist eine sehr große Variabilität auf. Deshalb untersuchen wir die Resistenz gegenüber Pilzen, Bakterien, Insekten und Meeresorganismen. Physikalische Eigenschaften, Dichte, Interaktion mit Feuchtigkeit, Quellen und Schwinden und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften werden ebenso analysiert wie die chemische Zusammensetzung und besondere Charakteristik einzelner Komponenten und Inhaltstoffe. Da sich Holzeigenschaften von der Wachstumsphase über die Verarbeitung und Nutzung bis zum Ende der stofflichen Nutzungsphase vielfältig ändern, werden sie in verschiedenen Stadien des Lebenszyklus untersucht. Diese Analysemethoden werden von uns ständig verbessert und weiterentwickelt.
Ein Schwerpunkt dieser Arbeiten ist die Identifizierung von Holzarten in Produkten und Rohwaren im Rahmen der Europäischen Holzhandelsverordnung (EUTR). Zur Kontrolle des internationalen Holzhandels und zum Schutz seltener und bedrohter Holzarten (CITES) bestimmen wir Holzarten in vielen Produkten, auch in Papier, Holzwerkstoffen oder Holzkohle. Wir unterstützen damit Behörden bei der Umsetzung der Richtlinien zur Eingrenzung illegaler Holznutzung. Um dieser internationalen Herausforderung gut zu begegnen, helfen wir anderen Ländern und Institutionen bei der Etablierung eigener Kontrollmöglichkeiten durch gezielte Aus- und Fortbildung von Fachexpert*innen. Ein aktueller Fokus ist dabei Südamerika (Kolumbien).
Eine effiziente und hochwertige stoffliche Verwendung von Holz ist insbesondere für geringwertige Rohstoffqualitäten eine Herausforderung. Deshalb entwickeln wir Verfahren, die sich auf die Verwendung solcher kritischen Sortimente konzentrieren. Ziel unserer Forschung ist es, eine höherwertige Verwendung zu ermöglichen und mit den holzhaltigen Ausgangsrohstoffen Möglichkeiten zur Substitution nicht nachwachsender Produkte zu generieren. Viele Konversionsprozesse der Holzverarbeitung führen zu erwünschten Haupt- und unerwünschten Nebenstoffströmen. Das gilt z. B. für die Celluloseherstellung, bei der in großen Mengen Lignin anfällt und meist nur verbrannt werden kann. Mit Lignin als Basis erforschen wir die Herstellung von Klebstoffen (Substitute zu phenolbasierten Systemen) und Schäumen (Substitute zu isocyanatbasierten Systemen). Auch andere Bioraffinerieprozesse führen zu schlecht verwertbaren Nebenprodukten, für die wir Prozesse entwickeln, um wertvolle Plattformchemikalien zu erhalten (Aufbereitung von biogenen Pyrolyseölen zu raffinierfähigen Zwischenprodukten). Minderwertige Sortimente, z. B. Kalamitätsholz, manches Laubholz und Reststoffe wie Rinde, werden für wertsteigernde Prozesse untersucht.
Häufig findet die Nutzung von Holz auf einem linearen Weg statt, der vom Wald über eine einstufige stoffliche Verwendung zur energetischen Nutzung führt. Besser wäre es, das Holz längerfristig stofflich zu nutzen; dadurch kann der Bedarf an neuen Rohstoffen gesenkt und der Kohlenstoff länger im Stoffkreislauf gehalten werden. Derartige Recyclingmöglichkeiten und Verfahren zur verbesserten Kreislaufwirtschaft von Holz werden von uns untersucht und entwickelt. Dazu zählt der verbesserte Einsatz von Altholz in Holzwerkstoffen, die optimierte Partikelgeometrie durch 3D-Vermessung, aber auch die häufigere Wiederverwendbarkeit von Altpapier durch das Zusetzen von Verstärkungsfasern aus Stroh.
Die Effizienz von Holzprodukten hängt in hohem Maß davon ab, wie viel Energie und andere Stoffe zur Herstellung, Nutzung und Entsorgung benötigt werden. Um diesen Ressourceneinsatz zu minimieren und negative Umweltauswirkungen zu reduzieren, erstellen wir in Kooperation mit den Herstellern und Verbänden der Holzindustrie normenkonforme Ökobilanzen zu vielen Produkten aus Holz.
Die aggregierten Daten werden in öffentliche Datenbanken (z. B. www.oekobaudat.de) eingespeist und stehen so der Gesellschaft als Entscheidungsbasis zur Verfügung. Wir nutzen diese Daten für die Bewertung der Umwelt- und Klimawirkungen der Holznutzung, die wir beispielsweise nach den Vorgaben des Weltklimarates (IPCC) für ganz Deutschland modellieren und unter der Klimarahmenkonvention und dem Kyoto-Protokoll berichten. Mit Hilfe der Modellierung können auch Zukunftsszenarien gezeigt werden, die für die Weiterentwicklung des Sektors relevant sind.
In welchem Maß eine längere Nutzungsdauer von Holzprodukten effizienzsteigernd wirkt und negative Umweltwirkungen pro Zeiteinheit verringern hilft, hängt von dem zusätzlichen Aufwand ab, der zur Lebensdauererhöhung notwendig ist. Wir untersuchen den Widerstand von natürlichem Holz und Holzprodukten, die zur Steigerung der Resistenz gegenüber unterschiedlich intensiven biotischen und abiotischen Schadeinflüssen behandelt wurden (Holzschutzmittel, modifiziertes Holz). Wir untersuchen die Schäden an Bauwerken durch Feuchte und biologische Schadorganismen und entwickeln Verfahren zu deren Bekämpfung.
Die Verarbeitung und Verwendung von Holz wird durch das Auftreten verschiedener Emissionen begleitet. Zu diesen Emissionen gehören die holzeigenen Inhaltstoffe (z.B.frischer Holzgeruch) und die durch Behandlung und Nutzung entstehenden Abbauprodukte von Holzkomponenten. Eine weitere Quelle von Emissionen aus den Produkten sind die externen Zuschlagstoffe (Klebstoff, Lack u. a.), die bei der Herstellung eingesetzt werden. Einige dieser Stoffe können negative gesundheitliche Auswirkungen haben (z. B. Formaldehyd). Das Emissionsverhalten dieser flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) untersuchen wir in praxisnahen Experimenten. Wir wollen z. B. die psychologische Wirkung dieser Stoffe durch kontextbasierte Wahrnehmung (angenehmer oder unangenehmer Geruch) besser verstehen. Aus diesen Daten sollen die Auswirkungen auf die Raumluftqualität erarbeitet werden, damit unerwünschte Wirkungen vermieden oder minimiert werden können.
Die Entwicklung gemeinsamer Ziele und Zukunftsvorstellungen für den Forst- und Holzsektor wird von den Akteuren und der Politik im Rahmen der Charta für Holz 2.0 weiter vorangetrieben. Neben einer intensiven Mitarbeit in den Arbeits- und Lenkungsgremien ist unsere besondere Aufgabe die Prozessevaluation und Dokumentation der Entwicklung des Clusters Forst und Holz. Unabdingbar ist es in diesem Kontext, sich auf vergleichbare Verfahren und Beurteilungsgrundlagen zu einigen. Wir fördern diesen Prozess aktiv im Bereich der Normung/Standardisierung. Die Entwicklung, Verbesserung und umfängliche Anwendung relevanter Normen z. B. zur Prüfung der biologischen Dauerhaftigkeit und zum Holzschutz, zu Emissionsverhalten und Umweltwirkungen unterstützen wir mit unserer Fachexpertise.
