Institut für
HF Holzforschung
Biobasierte Grund- und Werkstoffe
Wie kann der wertvolle und nachwachsende Rohstoff Holz noch effizienter genutzt werden? Wir forschen, damit das Holz vom Werkstoff bis zum natürlichen Chemierohstoff optimal genutzt wird.
Rohstoffe und Herstellungsverfahren beeinflussen die Eigenschaften von holzbasierten Produkten und deren Auswirkung auf Mensch und Umwelt. Es ist daher notwendig, Technologien, Produkte und ihre Alternativen weiterzuentwickeln und wissenschaftlich basiert zu beurteilen. Diese umfassende Expertise ist für eine objektive Bewertung und wissenschaftliche Beratung von Politik, Wirtschaft und Gesellschaft erforderlich. Sie ist außerdem Voraussetzung für Innovationen in der Bioökonomie sowie für unsere Arbeit an umweltfreundlichen Produkten und Prozessen.
Eine gesellschaftliche Herausforderung besteht darin, Holz sparsam und effizient zu nutzen, sowie seine Verfügbarkeit durch Recycling und Kaskadennutzung zu verbessern. Wir forschen deshalb daran, Holz und seine Bestandteile sowie Neben- und Koppelprodukte von holzverarbeitenden Prozessen vollständig stofflich verwendbar zu machen und den im Holz gebundenen Kohlenstoff möglichst lange im Stoffkreislauf zu erhalten. Im Arbeitsbereich werden daher Lösungsansätze zu folgenden Schwerpunktthemen erarbeitet:
Eine effiziente und hochwertige stoffliche Verwendung von Holz und anderen verholzenden Pflanzen setzt optimale Herstellungswege für holzbasierte Produkte voraus. Dabei bestehen sowohl bei der Produktion von Holzwerkstoffen, aber auch bei der Erzeugung von Faserstoffen für Papier- und Altpapieranwendungen und die Entwicklung höherwertiger Ligninprodukte große Herausforderungen da oftmals nur geringwertige Ausgangsstoffe vorliegen oder die Herstellungswege zu aufwendig sind.
Mit der Entwicklung einer lasergestützten dreidimensionalen Partikelvermessung und die Prozessintegration in die Spanplattenherstellung soll beispielsweise eine optimierte Nutzung des Rohstoffes und die Vorhersage der Werkstoffeigenschaften bereits vor dem Pressvorgang ermöglicht werden.
Da der Zufluss an hochwertigem Fasermaterial in das Altpapierrecycling stark rückläufig werden Armierungsstoffe benötigt. Wir erforschen daher die umweltfreundliche Gewinnung von Verstärkungsfasern für altpapierhaltige Verpackungspapiere und setzen hierfür als alternativen Rohstoff auch Getreidestroh ein.
Die fortschreitende Umsetzung des EU-Kreislaufwirtschaftspakets und der europäischen Kunststoffstrategie bedeuten, dass verstärkte Anstrengungen unternommen werden müssen, um Verpackungsabfälle zu vermeiden, wiederzuverwenden oder zu recyceln. Ligninbasierte Verpackungs- und Beschichtungsmaterialien könnten als Alternative zu üblichen Kunststoffen genutzt werden. Daher wurde die vereinfachte Herstellung von Ligninderivaten durch Reaktivextrusion untersucht.
Im Fokus unserer Arbeiten steht die vollständige, nachhaltige und optimale Nutzung aller Holzbestandteile. Dabei forschen wir in interdisziplinären Teams entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Rohstoff über die Gewinnung von Wertstoffen bis zum Produkt und den Möglichkeiten zur Wiederverwertung und zum Recycling.
Das Spektrum der Arbeiten reicht dabei von der Entwicklung effizienter Extraktionsverfahren für die Gewinnung von wertvollen Holzextraktstoffen, dem Einsatz von Extaktstoffen zur innovativen Papierbeschichtung, der Untersuchung von schonenden Aufschlussverfahren zur Gewinnung von Verstärkungsfasern für Altpapier bis hin zur Erprobung von Holzfasern als Substitut für Torf in Pflanzsubstraten.
Mit neuen Ansätzen zur formaldehydfreien Herstellung von ligninbasierten Bindemitteln aus nachwachsenden Rohstoffen werden Alternativen für petrobasierte Klebstofftypen erprobt. Ein Schwerpunkt sind dabei Arbeiten zum Einsatz von Lignin, einem Nebenprodukt der Zellstoffherstellung. Die Eigenschaften des Lignins werden dabei gezielt den Anforderungen der Klebstoffsynthese angepasst. Um den gestiegenen Ansprüchen an Funktionalität und Umweltverträglichkeit von Bindemitteln zukünftig entsprechen zu können, werden ligninbasierte Polyurethan-Klebstoffe und Schäume untersucht bei deren Herstellung auf den Einsatz gesundheitskritischer Isocyanate verzichtet werden kann.
Wir streben zudem danach, Holzkomponenten in einer Vielzahl von Anwendungen zu maximieren, wobei schwerpunktmäßig Möglichkeiten zum verstärkten und optimierten Einsatz von Altholz in Holzprodukten untersucht werden. Wie damit zur Reduzierung von Abfällen sowie der Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Holzeinsatzes beigetragen werden kann ist Gegenstand aktueller Forschungsvorhaben.
Zur Schonung fossiler Rohstoffe können viele Produkte durch nachwachsende Rohstoffe, insbesondere Holz und Holzkomponenten ersetzt werden. So kann Lignin, das in großen Mengen bei der Zellstofferzeugung anfällt und in den meisten Fällen verbrannt wird, auch stofflich genutzt werden. Ziel eines aktuellen Forschungsprojektes ist es beispielsweise Lignin so zu modifizieren, dass mit den Zwischenprodukten formaldehydfreie ligninbasierte Holzklebstoffe hergestellt werden können.
Im Forschungsvorhaben Biomimetische Plasmapolymere zur Funktionalisierung von Papier, wird die Eignung von Pyrolyseöl, Tallöl sowie von biogenen Vorläufermolekülen zur Steigerung der Beständigkeit von Papieren untersucht. Ziel ist es dabei auch Methoden für die Gewinnung geeigneter Vorläufermoleküle zu erproben und die Recyclingfähigkeit der beschichteten Papiere zu testen.
Die Eignung von Holzfasern als Rohstoff für den Einsatz als Pflanzsubstrat untersuchen wir im Projekt »HoFaTo«. Diese Entwicklung dient dem Ziel, den Abbau und die Nutzung von Torf zu reduzieren, um langfristig Kohlendioxideinträge in die Atmosphäre zu verringern. Dazu wird die mikrobielle Abbaubarkeit der Holzfasern reduziert, um einen längeren Einsatz in Gartenbauanwendungen zu ermöglichen.
Durch ein verstärktes stoffliches Recycling und die Kreislaufführung von Altholz können wertvolle Rohstoffe zurückgewonnen und in neuen Produkten verwendet werden. Der Rohstoff Holz verbleibt damit längerfristig in der Nutzung. Mit dem Projekt Gesellschaftlicher Dialog und Qualitätssicherung bei der Nutzung von Recyc-lingholz entlang der Wertschöpfungskette (Altholzdialog) wird den Fragen nachgegangen: Wie gehen Verbraucher mit dem Thema um? Ist es für Firmen überhaupt attraktiv, neue Geschäftsmodelle zu entwickeln? Und würde sich eine Umstellung langfristig positiv auf unsere Rohstoffversorgung auswirken? Hierdurch sollen eine Kaskadennutzung durch Verwendung von Produkten mit Recyclingholzanteil, soweit sinnvoll, beim Endverbraucher befördert und Handlungsempfehlungen für politische Prozesse abgeleitet werden.
Für die Papiererzeugung ist eine Kreislaufwirtschaft bereits weitgehend etabliert. Insbesondere Verpackungspapiere werden häufig zu 100% aus Altpapier hergestellt. In den letzten Jahren wird allerdings verstärkt nach Rohstoffalternativen zum klassischen Zellstoff aus Holz bzw. dem daraus entstehenden Altpapier gesucht. Daher mehren sich Ansätze, Fasern aus Agrarnebenprodukten wie Stroh oder speziell für diesen Zweck angebauten Faserpflanzen wie Hanf oder Miscanthus (Riesenchinaschilf) zu erzeugen und für die Papierherstellung einzusetzen. Ziel unseres Forschungsprojektes Umweltfreundliche Gewinnung von Verstärkungsfasern für altpapierhaltige Verpackungspapiere. Der Einfluss dieser Fasern auf die Rezyklierbarkeit von Papieren ist ein wichtiges Untersuchungsgebiet, um eine funktionierende Kreislaufwirtschaft zu etablieren und aufrechtzuerhalten.
Die zirkuläre Bioökonomie ist ein innovativer Ansatz, der darauf abzielt, biologische Ressourcen nachhaltig zu nutzen und dabei Abfälle zu minimieren. Um diesen Ansatz erfolgreich umzusetzen, sind klare Handlungsempfehlungen unerlässlich.
Wir erarbeiten Empfehlungen, die Unternehmen, Regierungen und andere Akteure der Holzwirtschaft dabei unterstützen sollen, die zirkuläre Bioökonomie in ihre Geschäftspraktiken zu integrieren. Dazu gehören Maßnahmen zur Förderung von Kreislaufprozessen, zur Reduzierung von Abfällen und zur Steigerung der Effizienz bei der Nutzung biologischer Ressourcen, insbesondere von Holz.
