Ein Startup kocht Holz in Chemikalien und presst es bei großer Hitze, der Grund? Sie erschaffen ein Material, das vor zehn Jahren noch als Science-Fiction gegolten hätte

Holz, aber kein normales. Ein neuer Trend der Materialwissenschaften wirft seine Schatten voraus: Superholz, das selbst modernen Legierungen Konkurrenz macht (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI und InventWood)

Wir schreiben das Jahr 2050. Stahl, Beton und Ziegel gelten als alte Hüte und fast alle neuen Häuser bestehen aus Holz. Menschen leben auf Erde, Mond und Mars. Was klingt davon für euch am absurdesten?

Bei der extrairdischen Wohnstätten sind wir skeptisch, doch Holz als Baustoff der Zukunft muss als eine ernsthafte Option gelten - dank einer cleveren Kooperation von Natur, Mechanik, Chemie und Physik.

Wir stellen euch das von seinen Machern auf Superholz getaufte Material vor. Das kann mehr als Stahl, wiegt dabei weniger und lässt vor allem eines weitestgehend sein: die Atmosphäre mit Treibhausgasen belasten.

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Aus Baum wird Hightech-Holz

Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, durch das natürliches Holz (egal von welchem Baum) transformiert wird.

Das Ergebnis: ein Material, das…

• stärker als viele Metalle ist. Ein genannter Beispielwert: 10-faches Stärke-zu-Gewicht Verhältnis eines typischen Durchschnitts-Stahles. Auf dem Weltmarkt werden mehr als 3.000 unterschiedliche Varianten gehandelt, die alle als Stahl gelten (Legierung aus Eisen + Kohlenstoff).
• ein geringeres Gewicht pro Volumen aufweist als Metalle, die es ersetzen soll
• deutlich umweltfreundlicher hergestellt werden kann als typische Stahl-Legierungen.
• biologisch abgebaut werden kann, also: Es kann auf den Kompost
• Feuer lange widerstehen kann (wobei das auch schon für normales Holz gilt, hier aber verstärkt auftritt, mehr dazu hier bei uns)

Wie kann das funktionieren? Vereinfacht erzählt, funktioniert der Prozess folgendermaßen, wer mehr wissen will: In einer Studie, erschienen im wichtigsten Wissenschaftsmagazin der Welt, Nature, stellen die Forscher das Verfahren im Detail vor.

• Holzbretter werden in einer wässrigen Lösung von NaOH (Nariumhydroxid) und Na₂SO₃ (Natriumsulfit) bei 80–100 Grad Celsius gekocht. Als Folge davon weichen unter anderem die Zellwände auf und es werden unerwünschte Bestandteile ausgewaschen.
• In der nächsten Phase bleibt es heiß, aber an die Stele von Spezialflüssigkeiten tritt etwas vergleichsweise Alltägliches: Druck. Bei etwa 5 Megapascal (etwa 500 Meter Wassersäule) wird das Holz heiß gepresst. Hierdurch erhöht sich seine Dichte um mehr als das Dreifache. Gleichzeitig schrumpft die Dicke aber um 80 Prozent.

Ein densifiziertes (verdichtetes) Beispiel-Holzstück mit einer Dicke von 10 Zentimetern weist nach seiner Verwandlung in »Superholz« (densifiziertes Holz) nur noch eine Stärke von 2 Zentimetern auf.

Allerdings zeigt es jetzt auch durch die mechanisch-chemische Transformation nun neue Eigenschaften gegenüber normalen Holzes:

• eine 12-fach höhere Zugfestigkeit. Damit ist das Ausmaß des Widerstands gemeint, den das Material einer Kraft entgegenbringt, die versucht, es auseinanderzuziehen. Den Endpunkt markiert das Zerreißen.
• eine 10-fach erhöhte Zähigkeit. Sie steht für die Fähigkeit eines Werkstoffs, Energie aufzunehmen und sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen. Damit können zum Beispiel Risse oder Dellen gemeint sein.
• schwillt deutlich weniger an, wenn es extrem feuchten Umgebungen (hohe Luftfeuchtigkeit) ausgesetzt wird. Herkömmliches Holz weitet sich um bis zu 43 Prozent aus, das Superholz nur um 8 Prozent, der Grund: Das Material ist weitaus dichter und in seinem Inneren ist kaum Raum vorhanden, um Wasser aufzunehmen.

Im Endeffekt halten wir ein Superholz in Händen, das stärker als Stahl und dabei leichter ausfällt, aber deutlich umwelt- und klimafreundlicher hergestellt werden kann und obendrein biologisch abbaubar ist.

Gerafft formuliert, gründen sich die physikalisch überlegenen Eigenschaften in starken Wasserstoffbrücken zwischen den Cellulosefasern. Trotz seines Wandels sieht es weiter wie aus dem Alltag gewohnter Holz aus und fühlt sich auch so an.

Nach Angaben der Hersteller vermag das Superholz Kugeln aufzuhalten (via scientificamerican).

Vom Labor auf den Weltmarkt

Aus der Forschungsarbeit ist mittlerweile ein Unternehmen entstanden: InventWood (USA). Seit einiger Zeit läuft die Massenproduktion des Superholzes, aus der erste Chargen seit diesem Jahr auf dem Markt verfügbar sind. Preislich ist es mit Kohlefasern vergleichbar (via New Atlas).

Im ersten Schritt ist das Material bereits in kleinem Maße in einigen Produkten vertreten. Es soll Glas, Metall oder Plastik bei gering voluminösen Anwendungen wie Teilen von Fahrzeugen oder Möbeln in Gebäuden oder als Wand- oder Fußbodenelemente ersetzen.

Vor allem bei Elementen, die fortwährend Belastung in Form von Stößen (wie typisch bei Böden) ausgesetzt sind, erweist sich die Widerstandsfähigkeit als ideal.

Zusätzlich sehen die Hersteller aber auch Möglichkeiten, dass Superholz in Zukunft als Nägel, Schrauben oder Verbindungsstücke dient.

Doch warum das Ganze? Letztendlich geht es im Folgenden, egal ob bei Bauteilen oder sogar kompletten Häusern, immer um eines: Möglichst wenig Kohlenstoff freisetzen, um einen Baustoff zu erzeugen, der notwendige Eigenschaften aufweist.

Zusätzlich reizen Objekte aus Superholz in der Logistik natürlich: Denn leichtere Fahrzeuge, Schiffe, Behältnisse oder Flugzeuge erfordern weniger Energie, um sie von A nach B zu bringen.

Leimholz vs. Superholz

Letztendlich sind dem Material aber von Prinzip wohl kaum Grenzen gesetzt. Holz ist ein anerkannter Baustoff und wird auch schon seit Längerem selbst als tragendes Element im Hausbau eingesetzt – keine Blockhütten, bei Hochhäusern. Wie das ausschaut, haben wir euch hier bereits detailliert vorgestellt:

Dort sprechen wir aber stets von einer im Vergleich hierzu mechanisch aufwendiger herzustellenden, aber konservativeren Art Holz. Denn bisher kommt beim Hausbau Leimholz/Brettsperrholz (Englisch: Mass timber) zum Einsatz.

Dabei handelt es sich vereinfacht beschrieben um viele verklebte und gepresste Holzelemente – ähnlich wie ein Laminat-Fußboden, aber aufeinandergeschichtet anstatt nur nebeneinander.

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Leimholz wird jedoch extra für den Hausbau produziert, es kann keine kleineren Teile ersetzen. Beim Superholz handelt es sich aber um eine komplett neue Art Rein-Baustoff. Das chemisch-strukturell veränderte Holz ist ja nicht verklebt, sondern bleibt im Stück. Es weist aufgrund seiner Transformation als ganzes besser zur Nutzung als Werkstoff geeignete Eigenschaften auf.

Ferner ist eine Laminierung aber auch nicht ausgeschlossen, sondern gehört ganz im Gegenteil zum Plan. Denn je größer die Elemente werden, desto eher erscheine es als sinnvoll, die von Leimholz bekannten Klebstoffe zu nutzen, um kleinere Elemente zu größeren zu kombinieren. Hierdurch erhöhe sich zudem in jedem all die Längsfestigkeit – stellt es euch wie eine Art Schiebepuzzle vor.

Selbst wenn die Teile für sich schon stabil sind, erhöht sich die Steifigkeit (Widerstand gegen Verbiegen), indem sie überlappend liegen und an den Rändern aufeinander geklebt werden.

Klingt aus-entwickelt, ist aber wohl erst der Anfang

Die aktuelle Form des Superholzes stellt tatsächlich aber nur einen Ausgangspunkt für Verfeinerungen dar. Um Außenwände von Häusern zum Beispiel in passive Klimaanlagen zu verwandeln, haben andere Forscher auf der Arbeit aufgebaut und weißes, reflektierendes, densifiziertes Holz entwickelt.

Hierdurch sollen sich die Energiekosten zur Kühlung bei starker Sonneneinstrahlung mindestens um 20 Prozent und vielleicht um bis zu 60 Prozent reduzieren lassen (via Chemical & Engineering News).

Ferner lassen sich durch Variationen bei den genutzten Chemikalien oder beim Pressverfahren die obig aufgeführten Werte nochmal übertreffen.

Kurzum: Auch wenn es noch in den Kinder-Holzschuhen steckt, scheint das Superholz die Grundlagenforschung längst hinter sich gelassen zu haben. Das Interesse von Industrie und weiteren Forschungsgruppen spricht auch intellektuell Bände: Seit der ersten Veröffentlichung im Jahr 2018 erschienen Dutzende Folgeabhandlungen.

Echtes Potenzial als grüner Baustoff der Zukunft ist dem Superholz wohl nur schwerlich abzusprechen.