Alter Baustoff mit viel Forschungspotenzial

Alter Baustoff mit viel Forschungspotenzial

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Ein Fachanlass an der ETH Zürich befasste sich mit der Physik und Zuverlässigkeit von Holz und Holzwerkstoffen. Neue Forschungsprojekte lenken den Fokus der Wissenschafter vermehrt auf den natürlichen Baustoff.
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Holz gewinnt als Baumaterial an Popularität. Die ETH betreibt Grundlagenforschung, die der Branche zugutekommt.

Holz hat als Material und Baustoff hat den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Deshalb sind holzphysikalische Fragen auch in Instituten des Bau- und Maschineningenieurwesens vermehrt ein Thema. Vor diesem Hintergrund werden zunehmend auch grundlegende Forschungsarbeiten zur Physik von Holz und holzbasierten Werkstoffen durchgeführt. Dies umfasst sowohl die experimentelle Forschung als auch die rechnergestützte Werkstoffmodellierung, wie das am Beispiel der neuen europäischen COST-Aktion FP0802 «Experimental and Computational Micro-Characterisation Techniques in Wood Mechanics» zum Ausdruck kommt.

Um die anstehenden Fragestellungen und ihre Lösungsansätze zu diskutieren, veranstaltete die ETH Zürich in Zusammenarbeit mit der Empa Dübendorf im November in Zürich den Fachanlass «Physik und Zuverlässigkeit von Holz und Holzwerkstoffen». Vor allem Wissenschafter der jüngeren Generation hatten Gelegenheit, ihre Forschungsarbeiten und Resultate zu präsentieren. Der Fokus der Vorträge lag vorab auf drei Bereichen, nämlich:
  • Materialgesetze für Holz und Holzwerkstoffe (elastisches, viskoelastisches und plastisches Verhalten); Einfluss von Feuchte, Temperatur und Belastungsdauer.
  • Modellierung der Eigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen (mechanische Eigenschaften (einschliesslich der viskoelastischen und plastischen Anteile), Feuchte- und Wärmetransport.
  • Verbesserung der Zuverlässigkeit von Holz und Holzwerkstoffen, unter Berücksichtigung der Entwicklung von verbesserten Materialkombinationen.

Die Rektorin der ETH, Heidi Wunderli-Allenspach, betonte bei ihrer Begrüssung den Willen der ETH, jetzt und auch in Zukunft im Bereich Holz hochstehende Forschung zu betreiben und deren Ergebnisse in die Lehre einfliessen zu lassen. Die Holzforschung an der Hochschule geht zurück bis ins Gründungsjahr 1855. Während Jahrzehnten wurde grundlegendes Wissen erarbeitet und in zahlreichen Sammlungen zusammengetragen worden. Der Präsident des ETH-Rats, Fritz Schiesser, stellte fest, dass Holz besonders auch aus dem Blickwinkel der Nachhaltigkeit deutliche Stärken aufweist. Die Institute Empa, ETH, EPFL und PSI arbeiten in jeweils eigentlichen Spezialgebieten und sind gut vernetzt. Ein neues und zusätzliches Forschungsgebiet eröffnet sich im Bereich Holz für die vermehrte Verwendung in Chemie und Pharmazeutik. Denn aus Holz lassen sich neue pharmazeutische Wirkstoffe oder Ausgangsmaterialien für die Polymerindustrie gewinnen.

Dass sich derartige Forschungsvorhaben und ihre Resultate auch wirtschaftlich rechnen, stellte Hans Hess, Präsident von Lignum, Holzwirtschaft Schweiz, anhand eindrücklicher Fakten dar. Seit 1995 schafft die Holzbranche laufend neue Arbeitsstellen und fast die Hälfte der Waldwirtschaft finanziert sich durch die Holznutzung. Die Kaskadennutzung macht Holz zu einem den Forderungen der Umweltverträglichkeit hoch angepassten Stoff. Hess betonte zudem, dass die weitgehend klein strukturierte Branche kaum eigene Forschung betreiben kann. Die aus der ETH, EPFL, Empa, WSL und PSI stammenden Forschungsresultate sind deshalb besonders wertvoll auch für die praktische Umsetzung.

Acht Präsentationen von Forschern aus den USA, Neuseeland, Dänemark, Österreich und aus der Schweiz zeigten auf, wo und wie heute Grundlagen zu einem besseren Verständnis von Physik und Modellierung der Eigenschaften von Holz erarbeitet werden. Das Spektrum des dargelegten Spezialwissens erweist sich dabei als ausserordentlich weit. Dies widerspiegelt die Breite der Eigenschaften des Naturprodukts Holz – Laubholz, Nadelholz und ihre fast unübersehbar zahlreichen Arten. Präsentiert wurden Arbeiten aus den Bereichen der makro- und mikroskopischen Eigenschaften von Holz, zur Verklebung und zu Holz und Holzwerkstoffen, zum Einfluss von Wasser auf Holzbauteile und zum Tragverhalten von Holzkonstruktionen.

Zukunftsfähige Initiative

«Physik und Zuverlässigkeit von Holz und Holzwerkstoffen» war der Anlass an der ETH übertitelt. Um diesen Fragenkomplex besser zu verstehen und das daraus resultierende Wissen der Branche sowie auch Architekten und Ingenieuren zugänglich zu machen, sind weitere und vor allem interdisziplinäre Forschungsanstrengungen notwendig.


Wie eine entsprechende Umsetzung erfolgreich anzugehen ist, demonstriert die aus langjähriger und intensiver Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft hervorgegangene Initiative «Wood Fibre 2020». Sie war zwar nicht direkt Thema des Anlasses, wurde aber in Gesprächen erwähnt und diskutiert. «Wood Fibre 2020» definiert Holz und andere auf Biofasern basierende Materialien und Systeme sowie neue Technologien als Schlüssel zur Zukunft der Schweizer Wald und Holzwirtschaft. Massgebliche Partner der Wald- und Holzwirtschaft, der Wissenschaft, Verwaltung und Politik sind in diese Initiative eingebunden. So die Lignum als Dachverband mitsamt seinen Teilverbänden und Unternehmen, mit Einzelmitgliedern aus Architektur und Ingenieurwesen. Dazu kommen die Hochschulen: der ETH-Bereich insgesamt, die Universitäten Basel und Zürich sowie die Fachhochschulen, insbesondere die BFH-AHB in Biel und Burgdorf sowie die ZHAW in Wädenswil und Winterthur.

Vernetzung ist eine der wesentlichen Charakterzüge von «Wood Fibre 2020». Ingenieur-, Wirtschaft- und Naturwissenschaften verbinden sich dabei sinnvoll und arbeiten gemeinsam an den Themen. Die Kombination mit neuen Technologien wie der Nanotechnologie soll die nachwachsende, CO2-neutrale, nachhaltig und kreislauffähig zu nutzende Ressource Holz zu innovativen Lösungen führen: als Bau-, Werk-, Energie- und Chemiestoff. Etliche der heute in diesen Bereichen noch erdölbasierten Lösungen dürften künftig durch Holz und seine neuartige Verwendungen ersetzt werden. Dieser Mehrwert wird die Ressource Holz aufwerten.

Der Lignum-Präsident und Ständerat Hess unterstrich das Engagement der Holzwirtschaft Schweiz für «Wood Fibre 2020», um die Initiative in der Holzbranche und der Politik bekannt zu machen: «Wir werden uns dafür einsetzen, dass aus der Branche und seitens der Lignum auch entsprechende Beiträge an das Programm und die geplante Forschung geleistet werden können. Wir sehen im erwähnten Forschungsprogramm ‹Wood Fibre 2020› insgesamt eine Chance, die Holzanwendung in der Schweiz weiter voranzubringen. Positiv zu werten sind aber auch Entwicklungen an der ETH, die dazu führen sollen, dem Holz in den Ingenieurwissenschaften und im Bauwesen wieder einen höheren Stellenwert einzuräumen.» Insgesamt bestehe eine enorme Chance, aus der Schweiz heraus Spitzenprodukte und Wissen zu exportieren und den Beitrag von Holz an eine nachhaltige Entwicklung zu stärken, so Hess.

Der neue Direktor der Empa, Professor Gian-Luca Bona, zeigte sich in seinem Schlusswort erfreut über diesen Anlass und die geführten Diskussionen. Entsprechend der Komplexität, die Holz in jeder Hinsicht auszeichnet, wird hier der Forschung viel abverlangt. Holz, so Bona, ist nach wie vor einer der wesentlichen Rohstoffe der Schweiz. Holz auf intelligente Weise zu gewinnen, zu verarbeiten und zu nutzen verweist in eine nachhaltig geprägte Zukunft des Landes. Um dies erfolgreich betreiben zu können, seien auch in der Finanzierung gemeinsame Anstrengungen der öffentlichen Hand und der Wirtschaft notwendig. (Charles von Büren)

Info

 
Ziel von Wood Fibre 2020 ist es, das Management der Ressource Holz über den gesamten Lebenszyklus – von der Bereitstellung und Nutzung bis zu Recycling, Wiederverwertung und Entsorgung zu optimieren. Dies betrifft auch die rund 700 000 Tonnen Altholz, die hierzulande jährlich anfallen. Zudem sollen neuartige Materialien (zum Beispiel Holzverbundwerkstoffe) und Technologien (zum Beispiel innovative Fügeverfahren) völlig neue Anwendungen und Konstruktionen ermöglichen.Die Wissenschafter erwarten, dass Holz künftig auch der chemisch-pharmazeutischen Industrie, die bislang stark von Erdöl und anderen nicht-erneuerbaren Ressourcen abhängig war, als Rohstofflieferant dienen wird, ebenso für Kunststoffe und für unzählige weitere Materialien, ohne die unsere moderne Welt buchstäblich stillstehen würde. Erklärtes Ziel: Weg von der Petrochemie hin zur Lignochemie.