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Jetzt kommt das Superholz: Leicht wie Plastik, stark wie Stahl

Anna Schughart 23.02.2018 Lesezeit 3 Min

Mit einem neuen Verfahren haben Wissenschaftler Holz extrem verdichtet. Es wird dabei dünn, leicht und so stabil, dass es selbst Schüsse abwehren kann.

Superman wird auch „Man of Steel“ genannt, denn als der Comic-Held in den 1930er geschaffen wurde, galt Stahl als eines der stärksten Materialien – wenn nicht sogar als das stärkste überhaupt. „Mann aus Holz“ klingt im Vergleich dazu etwas lahm, allerdings völlig zu Unrecht. Denn Wissenschaftlern von der Universität Maryland ist es gelungen, Holz zu produzieren, das ähnlich robust ist wie Stahl, aber sechsmal leichter. „Es ist stark und hart zugleich“, erklärt Teng Li, einer der Projektleiter. „Diese Kombination gibt es in der Natur normalerweise nicht.“

Der Trick der Forscher liegt darin, das Material extrem zu verdichten. Um das superstarke Holz herzustellen, sind zwei Schritte nötig. Zuerst entfernten die Wissenschaftler in einem Chemikalienbad Teile der Biomasse, die Zellwände stärkt, speziell des Lignins und der Hemicellulose. Danach setzten sie das Holz mächtig unter Druck: Bei Temperaturen um die hundert Grad Celsius wurde das Holz um 80 Prozent zusammengepresst, war am Ende also nur noch 20 Prozent so dick wie zu Beginn.

Es habe schon viele Ansätze gegeben, um das Holz vor dem Pressen zu behandeln, aber „all diese Methoden machen das Holz nur weicher, ohne seine chemische Zusammensetzung zu verändern“, erklärt einer der Forscher, Liangbing Hu, gegenüber der Zeitschrift Nature. Dadurch habe sich das Holz bisher nur um 60 Prozent zusammenpressen lassen.

Mithilfe der Technik, die Hu und seinen Kollegen entwickelt haben, wird das Holz nicht nur dünner, sondern auch stärker und härter. Durch die Entfernung großer Teile des Lignins und der Hemicellulose bekomme das Holz eine ganz besondere Mikrostruktur, die es bruch- und zugfester machen, erklärt Hu.

Schaut man sich das neue Material unter dem Mikroskop an, zeigt sich: Die komplett zusammengebrochen Zellwände des Holzes sind im Querschnitt eng miteinander verflochten und im Längsschnitt eng aneinander gepackt. Defekte im Holz – kleine Löcher oder Knoten – werden beim Pressen ausgemerzt. Außerdem besteht das verdichtete Holz vor allem aus Zellulose-Nanofasern, die jetzt direkt nebeneinander liegen und so besser Wasserstoffbrücken bilden können. Das Ergebnis: Das Holz ist so stark wie Stahl, aber sechsmal leichter.

Bei der Skalierung gibt es keine großen Herausforderungen

Liangbing Hu, Forscher der Universität Maryland

Hu und seine Kollegen haben sogar Projektile auf das Holz abgefeuert: Beim unbehandelten Holz schlugen sie durch, das verdichtete Holz stoppte sie. Selbst Feuchtigkeit scheint dem Superholz nicht wirklich etwas auszumachen. Nach 128 Stunden bei 95-prozentiger relativer Luftfeuchtigkeit zeigten sich nur geringe Effekte auf die Dichte des Holzes. Mit einem passenden Anstrich sollte sie gar kein Problem mehr sein, sagt Hu.

In Flugzeugen, Häusern oder auch Autos könnte das neue Material künftig große Mengen Stahl und Metall ersetzen. Denn das Superholz ist nicht bei vergleichbarer Stärke nur leichter, sonder auch billiger als viele andere Baustoffe. Auch könnten schnell wachsende, „schwache“ Holzsorten wie Pinie andere Sorten wie Teakholz ersetzen, die zwar stark sind, aber aus Bäumen gewonnen werden, die nur langsam wachsen. „Bei der Skalierung dieses Prozesses gibt es keine großen Herausforderungen“, sagt Hu. Ein Spinoff der Universität Maryland möchte das Verdichtungsverfahren zusammen mit anderen Holz-Technologien kommerzialisieren.

Denn Bäume sind eine gute Rohstoffquelle, weil sie nachwachsen und CO2 aus der Luft entfernen. Allerdings seien die Anwendungsmöglichkeiten von Holz bisher begrenzt gewesen, sagt Hu. Denn in seiner natürlichen Form ist Holz sperrig, nicht transparent, nicht leitfähig. Hu und seine Kollegen haben sich vorgenommen, das zu ändern. Sie testen bereits Batterien auf Basis von Holz und arbeiten daran, es auch flexibel oder durchsichtig zu machen. So könnte Holz tatsächlich zum Superman unter den Baumaterialien werden.