Kooperationsforum: Holz als neuer Werkstoff

Holz als neuer Werkstoff – Perspektiven für neue Materialien aus Holzfasern

 Am 22. November 2018 fand in Regensburg zum dritten Mal das Kooperationsforum „Holz als neuer Werkstoff“ statt. Die insgesamt über 150 Teilnehmer kamen breit gestreut aus den Branchen Forst, Holz, Umwelttechnik, Chemie, Automotive und Neuen Werkstoffen. Dieses Mal standen neue und bereits bekannte Anwendungen auf Basis von Holzfasern im Mittelpunkt.

Aktuelle Themen an historischem Ort: Holz als neuer Werkstoff im Regensburger Salzstadel
Der Regensburger Salzstadel mit seiner mächtigen Tragkonstruktion aus massiven Eichenbalken bot einen hervorragenden Tagungsort

Einführung durch Prof. Klaus Richter, Xaver Haas und Martin Neumeyer

Co-Organisator Prof. Dr. Klaus Richter vom Institut für Holzforschung in München führte in die Veranstaltung ein und nannte einige Beispiele für neue Anwendungen wie transluzente, magnetische oder elektrisch leitende Produkte auf Holzbasis, die das enorme Potenzial für Holz verdeutlichen. Seiner Meinung nach ist die Vernetzung der Holzbranche mit Clustern Chemie oder Neue Werkstoffe die Basis für ganz neue Wertschöpfungsketten und Prozesse Hauptveranstalter war deshalb die Cluster-Initiative Forst und Holz in Bayern mit Unterstützung der TU München, der Technischen Hochschule Rosenheim und Bayern Innovativ mit dem Cluster Neue Werkstoffe.

Prof. Dr. Klaus Richter vom Institut für Holzforschung in München und Sachverständigenrat Bioökonomie Bayern:
„Die Vernetzung von Holz mit den Clustern Chemie oder Umwelttechnik erschafft ganz neue Wertschöpfungsketten und Prozesse“.

Der Bayerische Clustersprecher Xaver Haas betonte: „Materialverbünde sind von elementarer Bedeutung für zukünftige Innovationen und Produkte“. So etwa Verpackungen auf Holzbasis oder extrudierte Produkte wie WPC. Gerade im Bereich Verpackungen z.B. für Lebensmittel können Produkte auf Basis von Nanofibrillierter Zellulose neue Bereiche einnehmen. Aber auch im Textilbereich könne Baumwolle beispielsweise durch Viskosefasern ersetzt werden, von der Oberbekleidung bis hin zu Babywindeln. Treibstoffe aus Holz werden weltweit in Zukunft eine größere Rolle spielen, so Haas, ebenso wie die gesamte Bioökonomie, was zu einem wachsenden Holzabsatz führen werde. Verbündeter, um die Holzversorgung zu sichern, sind neben Privat- und Kommunalwald die Bayerischen Staatsforsten, die sich zukünftig auch stärker an der Forschungsfinanzierung beteiligen wollen.

Xaver Haas, Unternehmer und Clustersprecher Forst und Holz:
„Materialverbünde sind von elementarer Bedeutung für zukünftige Innovationen und Produkte“.

Martin Neumeyer, Vorstandvorsitzender der Bayerischen Staatsforsten, hat den Bayerischen Bioökonomierat als Zukunftskonzept für Bayern im 21. Jahrhundert mit initiiert. Um die Bioökonomie zukunftsfähig zu machen sei allerdings eine zuverlässige ausreichende Holzversorgung notwendig. Und diese werde durch die Bayerischen Staatsforsten und auch im Privat-und Körperschaftswald Bayerns sichergestellt. Dazu gehöre auch die Anpassung der Wälder an den fortschreitenden Klimawandel, die sich in einem höheren Laubholzanteil niederschlägt. Abschließend forderte Neumeyer eine Weichenstellung Richtung Bioökonomie von der Politik: „Die Gesellschaft will einen ökologischen und gesunden Lebensstil. Das machen auch die jüngsten Wahlergebnisse deutlich. Und das ist ein weiterer Treibstoff für die Bioökonomie!“.

Martin Neumeyer, Vorstandvorsitzender der Bayerischen Staatsforsten und Begründer des Sachverständigenrates Bioökonomierat Bayern:
„Wir haben in Bayern in allen Waldbesitzarten zusätzliche Holzpotenziale für neue Produkte der holzbasierten Bioökonomie“.

Hohes Wertschöpfungspotenzial mit Holz - Keynote Dr. Thomas Koy

In seiner Keynote zeigte Dr. Thomas Koy, welches Wertschöpfungspotenzial im Werkstoff Holz steckt, wenn man es nur richtig verkauft. Koy stellt mit seiner Firma Holzmanufaktur Liebich GmbH in Zwiesel hochwertige Holzverpackungen für Luxusgüter her. Unter dem Slogan „Made in Bavaria“ können Kunden für jedes Produkt die Herkunft des Holzes per GPS nachverfolgen. „Nachhaltigkeit bedeutet Rückverfolgbarkeit!“, sagt Koy. Und: „Unsere Verpackungen verkaufen Produkte!“ Das spektakulärste ist wohl der Goethe-Altar, den Koy exklusiv für eine Spirituosenhersteller produziert und einen Endverkaufspreis von 2.700 Euro erzielt.

I. Holz und Automotive

Der erste Vortragsblock „Holz und Automotive“ befasste sich mit der Anwendung von Produkten auf Holzfaserbasis im Automobilbereich:

Prof. Dr. Luisa Medina von der Hochschule Kaiserlslautern beschäftigt sich mit dem Einsatz von naturfaserverstärkten Verbundwerkstoffen im Automobilbereich. Naturfasern haben den Nachteil oft uneinheitlicher Qualität und sie degradieren unter Temperatureinfluss, so Medina. Auf der Suche nach der Lösung zu diesem Problem ist sie auf Basaltfasern gestoßen, ebenfalls Naturfasern, aber anorganisch. Die Beimischung von Basaltfasern erhöht nach Medinas Ergebnissen die Biegefestigkeit und die Schlagzähigkeit von Naturfaserverbundwerkstoffen. So könne man die hohen Anforderungen der Automobilbranche erfüllen.
Rainer Merkl vom Autozulieferer Novum Car Interior Design und Dr. Ingo Kleba von Rühl Puromer stellten eine selbstheilende Lackoberfläche vor, mit der beispielsweise Holzzierteile in Autos versiegelt werden. Trotz immer härterer Oberflächen habe man in der Vergangenheit Kratzer nicht verhindern können. So habe man 2012-2016 das selbstheilende PUR-System puro clear entwickelt. Seit 2017 ist dieses serienmäßig im 5er BMW verbaut. Kratzer in der Hochglanzoberfläche verschwinden über Nacht oder mit Hilfe eines Föhns in wenigen Minuten.
Dr. Ulrich Müller von der BOKU Wien will mit dem Projekt Wood C.A.R. (Computer Aided Research) Holz für die Automobilindustrie berechenbar machen. Die Kooperation zwischen Holz- und Automobilcluster läuft seit 2014. Die für Autos benötigten Festigkeiten werden nur von Laubhölzern erreicht. Hier liegen aber kaum Daten vor. Deshalb ist Müllers Aufgabe seit mehreren Jahren, eine Datenbasis zu schaffen, zunächst für Birke und Esche. Aus zehn Individuen je Baumart werden Bretter geschnitten und alle benötigten Festigkeitstests durchgeführt. Kooperationspartner sind die FH Joanneum, Weitzer Parkett, VW und MAN. Erstes fertiggestelltes Fahrzeug ist ein Schneemobil mit dem Namen Mattro. Bei ihm wurde der Stahlrahmen durch Holz ersetzt und so 140 kg Gewicht eingespart.
Christoph Habermann vom WKI Institut für Holzforschung forscht an Lösungsansätzen für thermoverformbare Sandwichfurniere. Diese Kompositwerkstoffe sind aus zwei Decklagen Furnier, einem Kern aus Restholz oder Rinde sowie zwei Zwischenlagen aus Gewebe aufgebaut. Gebunden wird das Ganze mit Thermoplasten. Unter Druck und Hitze lassen sich diese „Organobleche“ in jede gewünschte Form pressen.

II. Holz in Verbundwerkstoffen

Der zweite Block „Holzbestandteile im Verbund“ beschäftigte sich mit neuartigen Produkten und Herstellungsverfahren im Bereich Holzfasern:

Den Anfang machte Marcus Wehner von der Firma Lightweight Solutions GmbH. Um den Leichtbau-Werkstoff „Lisocore“ zu entwickeln, musste das Lightweight-Team zunächst fünf Jahre lang eigene Maschinen entwerfen und bauen. Lisocore besteht aus einer eierkartonähnlichen Mittelschicht und zwei Deckschichten, deren Innenbohrungen sich exakt den Erhebungen des „Eierkartons“ anpassen. Jede Rohplatte hat 18.000 Bohrungen. Lisocore kann in seinen Hohlräumen Elektrokomponenten für Smart Furniture aufnehmen.
Dr. Dirk Schawaller von der Firma Tecnaro stellte Einsatzmöglichkeiten von Biopolymer-Composites am Beispiel der Tecnaro-Werkstoffe Arboform, Arbofill und Arboblend vor. Die Werkstoffe bestehen aus Lignin, Naturfasern und natürlichen Additiven. Arboform und Arbofill werden für den Spritzguss verwendet. Mit Arboblend sind unterschiedlichste Anwendungen, von der biologisch abbaubaren Mulchfolie über Textilien bis zu hochkomplexen 3D-Druck-Teilen möglich.
Simon Barth von der Technischen Hochschule Rosenheim forscht an Möglichkeiten zur Optimierung der Herstellung von Holzfaserdämmstoffen. Diese sind mit 4% Marktanteil ein Nischenprodukt, aber in der Nische mit +6,9% im Jahr 2017 deutlich wachsend. Die Etablierung des Trockenverfahrens in der Herstellung hat zu einem Aufschwung der Holzfaserdämmstoffe geführt. Durch eine Erweiterung der Rohstoffbasis auf beispielsweise Buchenholz oder Eukalyptusrinde lassen sich Kosten sparen. Neue Rohstoffe erfordern aber modifizierte Herstellungsverfahren. So wird an einem neuen Design der Mahlplatten geforscht, das den thermischen und elektrischen Energieverbrauch minimiert. Durch stark verästelte Fasern wie die der Eukalyptusrinde lassen sich Bindemittel sparen. Der beste Dämmwert wurde bisher mit Buchenfasern erzielt.
Dr. Christoph Wenderdel vom IHD in Dresden stellte seine Forschungen zu mehrschichtigen mitteldichten Faserplatten mit kartonähnlichen Eigenschaften vor. Wenderdel will die Eigenschaften von Karton auf im Trockenverfahren hergestelltes MDF übertragen. Dabei wird ein Airlaid-Vlies gebildet, wie es aus der Textilbranche bekannt ist. Dieses wird bei 160°C bindemittelfrei gepresst. In Reinform bricht das Material bei der Stanzung  von Knickstellen. Sind die Decklagen aus klassischem Graukarton und nur der Kern aus MDF-Karton, hält die Knickstelle ähnlichen wie bei reinem Graukarton.

III. Neue Anwendungen für Holzwerkstoffe

Der letzte Block „Holz neu gedacht“ befasste sich mit neuen Entwicklungen in der Bioökonomie:

Dr. Michael Duetsch stellte die Bioökonomie-Aktivitäten bei UPM und insbesondere die derzeit in Entwicklung befindliche Bioraffinerie in Frankfurt/Höchst vor. Bereits heute produziert UPM Bio-Naphtas, also chemische Bausteine, auf Holzbasis, oder Biodiesel aus Tallöl und verwendet einen Klebstoff aus Lignin für die eigenen Sperrholzplatten. Der nächste Schritt soll die Bioraffinerie in Höchst sein, wo aus Buchenholz 150.000 Tonnen chemische Grundstoffe pro Jahr hergestellt werden sollen.
Matthias Langhansl vom TUM Campus Straubing berichtete „Neues vom Lederstein“. Lederstein ist in Schwefelsäure oder Zinkchlorid angelöste und anschließend verpresste Zellulose. Früher wurden aus dem hochfesten Material Koffer hergestellt. Heute dient es noch als Trägermaterial für Schleifscheiben oder Dichtungsringe. Lederstein quillt extrem - in der Länge um 10 % und in der Breite um 30 %. Das macht ihn zum perfekten Material für feuchtereaktive Bauteile. Als Bi-Layer mit Holz oder Papier reagiert er auf Feuchteänderungen mit Auf- und Abrollen. Bislang wurde in Tests auch nach längerer Zeit kein Nachlassen der Biegefähigkeit festgestellt. Gleich zwei Vorträge beschäftigten sich mit dem Thema MFC – Mikrofibrillierte Zellulose.
Stefan Truniger von Weidmann Fiber Technology, einem Startup innerhalb der Weidmann Group, berichtete über neue Anwendungen von MFC. Die Weidmann Group baut Hochspannungstransformatoren, die Trafo-Gehäuse sind aus Zelluloseplatten, dem Weidmann Transformer Board. Die Größe normaler Zellulosefasern bewegt sich im Millimeterbereich, die von MFC-Fasern im Mikrometerbereich. Dadurch hat das Material eine extrem vergrößerte Innenoberfläche. Truninger reichte eine wassergetränkte Kugel aus MFC herum. Sie bestand nur zur 10% aus Fasern, der Rest war Wasser. Denkbare Anwendungen sind in der Kosmetik die Bindung von Öl und Wasser zu Suspensionen oder als hydrophobierter MFC-Schwamm als Ölabsorber bei Schiffshavarien. Das Material nimmt das Zehnfache seines Eigengewichts an Öl auf.
Während MFC durch Mahlen unter hohem Druck und hoher Temperatur hergestellt wird, ist die Herstellung von Nano-Cellulose (NFC) nur auf chemischem Wege möglich, erklärte Dr. Thomas Geiger von der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt (Empa) in Dübendorf. Schäume aus NFC können als CO2-Fänger in Gewächshäusern das Pflanzenwachstum fördern. NFC-Filme sich durchsichtig und können als Verpackung dienen.

Schlusswort

In seinem Schlusswort betonte Dr. Matthias Konrad von Bayern Innovativ, der Trend zur Bioökonomie sei bereits klar erkennbar. In seiner Rückschau auf den Tag kam er zu dem Schluss, dass die Bioökonomie klassische Wertschöpfungsketten verändern wird. Notwendig für den Erfolg sind intelligente Materialkombinationen und eine Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Branchen durch Cross-Cluster-Projekte. Dann steht dem von Martin Neumeyer ausgerufenen Holzzeitalter nichts mehr im Weg, denn Holz gibt es genug.

Fachausstellung

Neben den Fachvorträgen und anregenden Gesprächen bot sich den Besuchern die Möglichkeit, innovative Produkte und Dienstleistungen rund um das Holz bei den ebenfalls angereisten Fachausstellern live zu erleben:

  • Die Firma Pfleiderer, einer der führenden Hersteller von Holzwerkstoffen und Betreiber der größten Produktionsstätte für Spanplatten in Europa, stellte seine Produktvielfalt vor.
  • Das Fraunhofer-Institut für Holzforschung (WKI) ist u. a. spezialisiert auf Naturfaserverbundkunststoffe, die Qualitätssicherung von Holzprodukten, Recyclingverfahren sowie die den Einsatz von Holz im Bau und arbeitet anwendungsorientiert mit den Unternehmen unterschiedlichster Branchen zusammen. Am Stand wurden den Besuchern das breite Leistungsportfolio und neueste Projekte vorgestellt.
  • Jowat SE, eine der weltweit führenden Klebstoffhersteller, präsentierte Lösungen für die Holz- und Automobilindustrie – nur zwei Bereiche, in denen das Unternehmen tätig ist.
  • Die Beck Fastener Group hatte das Lignoloc-System im Gepäck – ein Verbindungssystem mit Holznägeln aus heimischem Buchenholz für die industrielle Fertigung und die ökologische Holzverarbeitung.
  • Das Unternehmen Weidmann Electrical Technology AG aus der Schweiz präsentierte seine Isolationsmaterialien für Transformatoren sowie die neueste Produktentwicklung: Microfibrillierte Zellulose, einsetzbar z. B. in Kosmetikprodukten.
  • Die Resysta International GmbH stellte ihr gleichnamiges Naturfasercompound vor: Wasser- und wetterfest, UV-beständig und zu 100 % recycelbar. Daraus lassen sich die vielfältigsten Produkte herstellen – so z. B. Terrassendielen, Gartenmöbel und Fassaden.
  • Das Unternehmen Innovent e. V. hat im Rahmen eines internationalen Forschungsprojektes untersucht, inwiefern atmosphärische Plasmen bei der Oberflächenmodifizierung von holzbasierten Werkstoffen nützlich sein können. Die erzielten Ergebnisse sind für eine Vielzahl von Anwendungen relevant.

Text- und Bildrechte liegen bei der Cluster-Initiative Forst und Holz in Bayern gGmbH

 Weitere Informationen:

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Holz innovativ in Rosenheim

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