Holz stellt sich immer mehr als zukunftsträchtiges Material für das Bauwesen heraus. Nicht ohne Grund werden damit seit Jahrtausenden Gebäude errichtet. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, den nachwachsenden Rohstoff weiterzuentwickeln. Dabei entstanden sind nicht nur beispielsweise umweltfreundliche Dämmmaterialien, sondern auch ein revolutionärer Baustoff: transparentes Holz. In diesem Beitrag erfahren Sie, was sich dahinter verbirgt, wie es hergestellt wird und wo es in Zukunft eingesetzt werden kann.
Ein Baustoff mit ausgezeichneten mechanischen Fähigkeiten
Bereits seit einigen Jahren kommen in der Elektronikindustrie transparente Zellulosefasern zum Einsatz. Als organische Leuchtdioden sind sie wesentlich energieeffizienter als die herkömmliche LCD-Technik. Aus diesem Ansatz heraus entwickelten im Jahr 2016 parallel zwei Forscherteams die ersten Proben transparenten Holzes. Diese Form soll in Zukunft im Bauwesen Verwendung finden.
Das erste Team um den Werkstoffexperten Liangbing Hu forscht an der Universität von Maryland (UMD). Das zweite Team arbeitet an der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) von Stockholm unter der Leitung von Lars Berglund, Professor am Wallenbergzentrum für Holzwissenschaft. Das transparente Holz aus ihren Untersuchungen sieht optisch aus wie Milchglas, zugleich ist es widerstandsfähiger und isoliert besser als Glas.
Der Baustoff ist aus mehreren Gründen interessant und zukunftsträchtig: „Holz ist bei Weitem das meistverwendete Baumaterial biologischen Ursprungs. Es ist attraktiv, weil es aus erneuerbaren Quellen stammt. Es verfügt außerdem über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Belastbarkeit, geringe Dichte und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit“, so Lars Berglund.
Ähnliche Herstellungsprozesse für transparentes Holz in Maryland und Stockholm
Das Holz durchläuft verschiedene chemische und physikalische Prozesse und wird anschließend auf seine mechanischen Eigenschaften hin analysiert. Die wissenschaftliche Herangehensweise der beiden Forscherteams ist dabei sehr ähnlich. Zunächst lösten sie mit verschiedenen Chemikalien die Lignin-Moleküle aus dem Holz. Diese sind nicht nur für die braune Farbe des Materials verantwortlich, sondern auch für eine Lichtundurchlässigkeit in Höhe von 80 bis 95 Prozent. Während der sogenannten Delignifizierung entsteht ein weißes Holz. Um es transparent werden zu lassen, ummantelten die Forscher die Zellstrukturen mit künstlichen Polymeren.
Als Grundlage nutzten die Wissenschaftler an der UMD Lindenholz und als Polymer Kunstharz. An der KTH verwendeten sie Balsaholz und behandelten es mit Acryl. Damit wurde das Holz bis zu sechs Mal so robust wie der unbearbeitete Baustoff und zweimal so stark wie Plexiglas. Außerdem liegt die Lichtdurchlässigkeit nun bei etwa 85 Prozent. Die typische Struktur des Holzes bleibt jedoch erhalten. Durch die röhrenartigen Kanäle strömt Licht. Sie agieren als eine Art „Richtungsweiser“, über die Glas nicht verfügt. Das hat einen entscheidenden Einfluss auf die neuen Anwendungsgebiete.
Neue Einsatzmöglichkeiten im Bauwesen
Die Forscher sehen für den revolutionären Baustoff derzeit drei große Bereiche, in denen er zur Anwendung kommen könnte. Ein Gebiet betrifft die Ausgestaltung semitransparenter Fassaden. Durch das transparente Holz strömt natürliches Licht ins Gebäude. Gleichzeitig bleibt die Privatsphäre geschützt, denn das Material verfügt über eine hohe Opazität. Derselbe Effekt kann bei Solarzellen genutzt werden: Das einfallende Licht wird nicht unnötig reflektiert oder gebrochen.
Außerdem ist der Einsatz für Fenster möglich. Als transparente Profile sorgen sie für die notwendige Wärmedämmung, lassen jedoch gleichzeitig die Sonnenstrahlen ins Innere der Räume. Der Baustoff kann darüber hinaus eine Alternative zu Glas bzw. Fensterglas sein, denn er wird aus einem nachwachsenden Rohstoff hergestellt.
Eine industrielle Massenproduktion ist bereits möglich
Transparentes Holz besteht nicht nur aus einem günstigen und nachhaltigen Rohstoff, sondern lässt sich schon heute in großen Mengen produzieren. Die Wissenschaftler forschen jedoch weiter und wollen herausfinden, mit welchen Holzarten die Transparenz des Werkstoffes weiter erhöht werden kann. Für Architekten und Ingenieure ergeben sich damit neue Gestaltungsspielräume und technische Möglichkeiten, um Gebäude großflächig mit dem neuen Material zu verkleiden.