Die Schweizer Forschungsinstitution Empa hat zusammen mit der ETH Zürich Holzwerkstoffplatten aus gespaltenen Holzstäben entwickelt. Die Herstellung soll sehr ressourceneffizient sein, als Ausgangsmaterial eignet sich auch Laubholz. Nach Angaben der Forschenden erreichen die verklebten Platten die Festigkeit von Massivholz und kommen auch für tragende Bauteile infrage. Die Selektion geeigneter Holzstäbe erfolgt mithilfe künstlicher Intelligenz.
Für die neuartigen Holzwerkstoffplatten haben sich die Forschenden der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) und der ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) von traditionellen Holzschindeln inspirieren lassen, die im Alpenraum bis heute das Bild zahlreicher Dächer prägen.
So genannte Spaltschindel werden seit Jahrhunderten von Hand gefertigt, indem man Baumstämme entlang ihres natürlichen Faserverlaufs spaltet. Per Nachbearbeitung bringt man anschließend die abgespaltenen Rohschindel in die gewünschte Form. Meist entstehen dabei Dachschindel, doch auch Fassadenverkleidungen lassen sich aus Spaltholz herstellen.
Ressourceneffiziente Herstellung
Das uralte Handwerk der Schindelherstellung gilt als sehr ressourceneffizient. Das macht die Sache auch für die moderne Holzforschung interessant. „Die Schindelherstellung zeigt uns, wie Holz energieeffizient und materialeffizient verarbeitet werden kann“, erläutert Ingo Burgert, Professor an der ETH Zürich und Forschungsgruppenleiter an der Empa. „Holz lässt sich parallel zur Faser mit minimalem Energieaufwand und praktisch ohne Verluste spalten“.
Die Schweizer Forschenden haben die traditionelle Holztrennmethode nun genutzt, um auf diese Weise Holzstäbe zu gewinnen, aus denen sie wiederum ressourceneffiziente Holzwerkstoffplatten hergestellt haben. Die Plattenform erreichten sie durch Verkleben und Verpressen der Spaltholzstäbe.
„Angesichts der wachsenden Auswirkungen des Klimawandels auf unsere Wälder und den Bausektor bietet sich die Herstellung von Platten aus gespaltenen Stäben an“, betont Ingo Burgert. „Sie lassen sich auch aus unterschiedlich hochwertigem Holz sowie aus Laubholzarten herstellen, erzeugen weniger Materialverluste und sollen in ihrer Festigkeit an Massivholzprodukte heranreichen.“
Hintergrund: Holzwerkstoffe werden bislang überwiegend aus Nadelhölzern hergestellt, da sich diese leichter zu Span- oder Faserholz verarbeiten lassen. Doch die großen Nadelholzwälder in Mitteleuropa geraten in Zeiten des Klimawandels zunehmend unter Druck. Deutschland erlebte in den letzten Jahren bereits ein zunehmendes Fichtensterben . Politik und Forstunternehmen haben daher bereits die Weichen zum großen Waldumbau gestellt. Die Devise lautet: weg von den Nadelbaum-Monokulturen – hin zu Mischwäldern mit größerem Anteil an trockenheitsresistenten Laubbaumarten .
Großes Potenzial
Bislang wird in Deutschland ein großer Teil der Laubholzernte zur Energieerzeugung verbrannt. Angesichts der Tatsache, dass auch hierzulande zunehmend mit Holz gebaut wird, das Nadelholzangebot perspektivisch aber abnehmen wird, wird der Branche langsam klar, dass in Zukunft mehr mit Laubholz gebaut werden muss und auch mehr Holzwerkstoffe aus Laubholz entwickelt werden müssen.
Die Forschungsaktivitäten in dieser Richtung haben zuletzt auch deutlich zugenommen. Das Projekt „Gespaltene Holzstäbe für neuartige Holzwerkstoffplatten im Bauwesen“ von Empa und ETH Zürich ist ein Beispiel dafür. Die neuartigen Spaltholzplatten könnten künftig ein Teil der Lösung sein. Auch wenn die Forschenden zugeben, dass es noch bestehende Herausforderungen bezüglich der Skalierbarkeit der Produktionsprozesse, der Verklebung und der Vorhersagbarkeit der Materialeigenschaften gibt.
Ingo Burgert ist dennoch optimistisch: „Unser Verfahren hat das Potenzial, eine nachhaltige Alternative für die Holznutzung in Zeiten des sich beschleunigenden Klimawandels zu bieten.“
Selektion mit künstlicher Intelligenz
In der klassischen Holzschindel-Produktion wurde meist nur ausgewähltes hochwertiges Nadelholz verwendet. Um das Verfahren an Laubholzarten geringerer Qualität anzupassen und die für die Plattenproduktion wünschenswerten längeren Stäbe spalten zu können, entwickelte das Schweizer Forschungsteam einen zweistufigen Spaltprozess. Dabei werden zunächst flächige Elemente vom Holzstamm abgetrennt, die sich anschließend zu Holzstäben in der gewünschten Abmessung weiterverarbeiten lassen.
Im Labormaßstab haben die Forschenden auch bereits eine Apparatur mit mehrschneidigem Spaltkopf entwickelt. Damit lassen sich bei einem Spaltvorgang gleich mehrere Bretter oder Stäbe gleichzeitig herstellen. Der Spaltprozess produziert Holzstäbe in Faserrichtung, ohne dass die steifen und festen Fasern angeschnitten werden. Damit die Platten künftig auch für tragende Bauteile infrage kommen, darf bei der Auswahl der Holzstäbe aber nichts schief gehen. Um das sicherzustellen, vertrauen die Forschenden auf künstliche Intelligenz.
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„Wenn wir in Zukunft verschiedene Holzarten unterschiedlicher Qualitäten verwenden, kommt der Holzsortierung eine besondere Rolle zu“, sagt Empa-Forscher Mark Schubert. „Mit künstlicher Intelligenz können wir wichtige Holzeigenschaften wie Steifigkeit für jeden Stab bestimmen, unabhängig von Form, Größe oder Holzart“. Auch die unregelmäßige Form der Stäbe stellt eine Herausforderung dar. Auch hier setzt das Forschungsteam auf KI. Ein automatisches Kamerasystem erfasst hochaufgelöste Bilder jedes Holzstabs, die in ein neuronales Netzwerk eingespeist werden.
