Nachwachsender Rohstoff Dieses Holz ist so hart wie Stahl

Hart wie Stahl, aber viel leichter: Durch ein neues Verfahren haben Forscher einen der ältesten Werkstoffe zum Hightech-Material gemacht.
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Liangbing Hu (l.) und Teng Li haben ein Verfahren entwickelt, das Holz zur Alternative für Stahl werden lässt. (Foto: University of Maryland)
Holz so hart wie Stahl

Liangbing Hu (l.) und Teng Li haben ein Verfahren entwickelt, das Holz zur Alternative für Stahl werden lässt. (Foto: University of Maryland)

BerlinHolz gehört zu den ältesten Werkstoffen des Menschen, seine Beliebtheit etwa als Baumaterial ist bis heute ungebrochen. Allerdings kann der nachwachsende Rohstoff dort, wo es um Belastbarkeit geht, mit stabilen Metallkonstruktionen bisher nicht mithalten. Eine neue Methode zur Holzbehandlung könnte das ändern: Durch das von Wissenschaftlern der University of Maryland entwickelte Verfahren wird Holz härter als Stahl.

„Diese Art von Holz könnte für Autos, Flugzeuge oder Gebäude verwendet werden – überall dort, wo heute Stahl genutzt wird“, sagt Liangbing Hu. Gemeinsam mit seinem Kollegen Teng Li berichtet er im Wissenschaftsmagazin Nature über das Verfahren, durch das sich die Festigkeit von Holz um mehr als das Zehnfache erhöht.

Dazu wird das Holz zunächst einige Stunden lang in ein warmes Bad aus Natriumhydroxid und Natriumsulfit getaucht – ein Prozess ähnlich dem bei der Papierherstellung. Durch diese Behandlung löst sich das Lignin aus dem Material, das unter anderem für die Stabilisierung der Zellwände im Holz verantwortlich ist. Im Ergebnis wird das Holz extrem porös.

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Im zweiten Arbeitsschritt wird das Material bei Temperaturen um 100 Grad Celsius zusammengepresst, wodurch die Hohlräume im Holz kollabieren. Durch diese Behandlung wird das Holz dreimal so dicht wie das natürliche Material, seine Steifigkeit und spezifische Festigkeit jedoch steigen auf mehr als das Zehnfache.

„Das Holz ist so belastbar wie Stahl, aber sechsmal so leicht“, erläutert Teng Li. Um die Widerstandsfähigkeit ihres Materials anschaulich zu machen, feuerten die Forscher ein Projektil darauf ab. Während das Geschoss ein unbehandeltes Holzstück glatt durchschlug, blieb es in einem Stück Hightech-Holz vergleichbarer Stärke stecken.

Auch Feuchtigkeit scheint dem Hartholz wenig anhaben zu können: Als die Forscher es einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95 Prozent aussetzten, veränderte sich seine Stabilität kaum. Unklar sei allerdings noch, ob der Verlust von Lignin das Holz möglicherweise angreifbar für Bakterien oder Pilze mache, wie Peter Franzl vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in einem Nature-Begleitartikel anmerkt.

Für Liangbing Hu und Teng Li steht aber schon jetzt fest, dass ihr Hightech-Holz sich als leichte und kostengünstige Alternative gegen andere Materialien behaupten wird. „Es ist so fest und dauerhaft, dass es sich mit Stahl und sogar mit Titan-Legierungen messen kann“, so Teng Li.

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2 Kommentare zu "Nachwachsender Rohstoff: Dieses Holz ist so hart wie Stahl"

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  • "Durch das von Wissenschaftlern der University of Maryland entwickelte Verfahren wird Holz härter als Stahl."

    "...., durch das sich die Festigkeit von Holz um mehr als das Zehnfache erhöht."

    Was nun?

    Wird die Härte (Widerstand gegen Oberflächenzerstörung, https://de.wikipedia.org/wiki/H%C3%A4rte) oder die Festigkeit (Widerstand gegen Materialversagen, https://de.wikipedia.org/wiki/Festigkeit) erhöht?

    Wie sieht es mit dem E-Modul (Widerstand gegen Verformung ;https://de.wikipedia.org/wiki/Elastizit%C3%A4tsmodul) aus?

  • Letztlich haben die Wissenschaftler den reinen Zellstoff genutzt.

    Holz wurde und wird auch in seiner üblichen Form als Konstruktionsmaterial genutzt. Bis in die 50er Jahre wurde ein erheblicher Teil der Flugzeuge (teils) aus Holz gefertigt. Automobilkarossen enthielten viel Holz. Auf dem Bau ist Holz bis heute ein wesentlicher Konstruktionswerkstoff. Die Hauptherausforderung beim Holzeinsatz in der Konstruktion ist die natürliche Schwankung der Festigkeit.

    Es stellt sich die Frage welche Festigkeitsschwankungen das Zellstoffholz aufweist.

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