Transparentes Holz - ein neuer Baustoff mit interessanten Eigenschaften

Im Bereich der Baumaterialien gibt es immer wieder spannende Entwicklungen. Neben innovativen Eigenschaften spielt auch das Thema Nachhaltigkeit eine zentrale Rolle bei der Forschung. Transparentes Holz ist ein ganz neues Baumaterial. Der Werkstoff, der unter anderem an der Königlichen Technischen Hochschule im schwedischen Stockholm sowie an der Universität von Maryland in den USA entwickelt wurde, verleiht einem bekannten Baumaterial ganz neue Eigenschaften.

Wie wird transparentes Holz gefertigt?

Die Produktion beginnt mit natürlichem und unbehandeltem Holz, das in dünne Scheiben gesägt wird. Die Stärke der Holzscheiben liegt bei etwas mehr als einem Millimeter. Dann erfolgt eine Trocknung bei Temperaturen von über 100 Grad Celsius.
Aus den Scheiben wird anschließend über einen chemischen Prozess das Lignin ausgewaschen. Dabei kommt zunächst Natriumchlorit zum Einsatz, das das Lignin aus den Holzfasern löst. Danach wird das gelöste Lignin mithilfe von entionisiertem Wasser sowie Ethanol vollständig ausgewaschen.

An diesem Punkt ist das Holz jedoch noch nicht lichtdurchlässig. Es hat zwar seine Eigenfarbe verloren, die Hohlräume zwischen den Holzfasern brechen jedoch das Licht. Das ausgewaschene Lignin in den Holzscheiben wird dann durch Kunstharz, Acryl oder ein ähnliches Polymer ersetzt. Erst jetzt verändert sich der Brechungsindex, und der Werkstoff erhält seine Transparenz. Gleichzeitig behält das Holz seine Materialeigenschaften. Denn bei Lignin handelt es sich um ein Biopolymer, das durch ein farbloses und durchsichtiges Polymer ausgetauscht wird.

Der gesamte Prozess dauert etwa zwei Tage, wobei die Zeit für die Trocknung und Vorbereitung vom Holz bereits eingerechnet ist.

Was sind die besonderen Eigenschaften und Vorteile dieses Werkstoffs?

Transparentes Holz wird in dünnen Platten produziert. Bei einer Stärke von 1,2 Millimetern haben die Holzplatten eine Lichtdurchlässigkeit von rund 85 Prozent. Die Trübung liegt bei etwa 70 Prozent. Somit ist transparentes Holz, was die Blickdichte betrifft, mit Milchglas vergleichbar. Gleichzeitig weist transparentes Holz eine Druckfestigkeit von 174 Megapascal auf. Damit ist es bei gleicher Stärke stabiler als Beton, und das transparente Holz bewahrt sich die Elastizität des Ausgangsmaterials.
Ebenfalls bringt das Material die Wärmedämmeigenschaften von Holz mit. In einigen Bereichen weist transparentes Holz sogar bessere Materialeigenschaften als das Ausgangsprodukt auf. Das ist dem Austausch des Polymers Lignin im Holz durch einen Ersatzstoff zu verdanken. So ist das Elastizitätsmodul im Vergleich zu natürlichem Holz klar höher, was die Druck- und Zugfestigkeit von transparentem Holz deutlich erhöht.

Welche Einsatzmöglichkeiten gibt es für transparentes Holz?

Mit seinen Eigenschaften ist transparentes Holz in der Bautechnik zum Beispiel als Ersatz für klassisches Glas interessant. Vor allem in Bereichen, in denen es um einen höheren Schutz der Privatsphäre geht, bietet sich das Material aufgrund seiner Opazität als Ersatz für Glas an.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist die Verkleidung von Gebäudefassaden. Hier spielen die speziellen Eigenschaften von transparentem Holz eine wichtige Rolle. So lässt das Material zwar Licht durch, schützt aber gleichzeitig vor Blicken, da es semitransparent ist. So entstehen lichtdurchlässige Fassaden, die Sonnenstrahlen in das Gebäude lassen. Innenbereiche erhalten dadurch natürliches Licht und benötigen weniger künstliche Beleuchtung, was den Energieverbrauch von Immobilien reduziert.

In Form von transparentem Bauholz bietet sich der Einsatz als Fensterrahmen an. Das verbessert zugleich die Lichteinstrahlung in den Raum, da der Rahmen nun ebenfalls Sonnenlicht durchlässt. Transparentes Holz vereint in dieser Funktion die positiven Eigenschaften von Holz und modernen Kunststoff-Fensterrahmen.

Weiterhin wird transparentes Holz als Funktionswerkstoff für Leuchtdioden eingesetzt. Organische LEDs, die als OLED-Technik bekannt sind, benötigen im Betrieb weniger Energie als vergleichbare LEDs und sind gleichzeitig flexibel. In dieser Form ist der Einsatz als Display in einem breiten Spektrum von Geräten denkbar – unter anderem auch bei Smartphones und Fernsehern.

Mit seinen besonderen Eigenschaften ist transparentes Holz zudem für die Produktion von Solarzellen interessant. Hier ersetzt es das Glas, das oberhalb der eigentlichen Solarzelle liegt. Durch die Lichtstreuung im transparenten Holz verbleibt das Sonnenlicht im Vergleich zu Glas für eine längere Zeit im Material. Das verbessert die Interaktion des Sonnenlichts mit der Solarzelle und erhöht die Energieausbeute. Somit haben Solarzellen mit transparentem Holz einen höheren Wirkungsgrad als Modelle aus klassischem Glas.

In weiteren Bereichen des Baus werden die Einsatzmöglichkeiten von transparentem Holz noch erforscht. So kommt transparentes Bauholz zukünftig eventuell auch in anderen Funktionen zum Einsatz. Durch die gezielte Verwendung von polymeren Stoffen lassen sich gewünschte Eigenschaften hinzufügen. Hier stehen Vorteile wie die niedrige Dichte und die Festigkeit im Fokus.

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Die Umwelteigenschaften von transparentem Holz: Wie nachhaltig ist der Werkstoff, und wie steht es um das Recycling?

Bei Holz handelt es sich um einen nachwachsenden und natürlichen Rohstoff. Theoretisch steht es somit grenzenlos zur Verfügung. Die Einsatzbereiche, in die transparentes Holz vordringt, sind klassisch von Materialien besetzt, die auf mineralischen Rohstoffen basieren. Das ist neben Glas vor allem eine Reihe von Materialien, bei deren Fertigung Erdöl verwendet wird. Eine der Herausforderungen der Baubranche ist es, solche Rohstoffe möglichst zu ersetzen. Transparentes Holz kann dabei einen Beitrag leisten.

Für die Produktion sind zudem schnell wachsende Holzarten wie Balsa geeignet. Dieses ist bereits nach sechs oder sieben Jahren erntereif. Andere Holzarten, wie zum Beispiel die Fichte, benötigen 70 Jahre, um als Bauholz geeignet zu sein.
Die wesentlichen Eigenschaften des fertigen Materials werden durch das Polymer eingestellt, sodass grundsätzlich unterschiedlichste Holzarten geeignet sind.

Zudem ist die Forschung im Bereich des transparenten Holzes noch nicht am Ende angekommen. Denkbar ist es, dass verstärkt Biopolymere verwendet werden. Auch biobasierte Polymere sind durchsichtig. Das ist zum Beispiel bei Polymilchsäure (PLA) der Fall, was als durchsichtiges Verpackungsmaterial bekannt ist.

Gelingt es, Bio-Polymerwerkstoffe in transparentem Holz zu kombinieren, entsteht ein Werkstoff, der vollkommen biologisch abbaubar ist und rein auf natürlichen Materialien basiert. Das ist wichtig für die angestrebte Kreislaufwirtschaft im Bausektor. Doch auch in Kombination mit anderen Polymeren zeigt der Baustoff positive Eigenschaften in puncto Nachhaltigkeit. Transparentes Holz besteht zu einem sehr hohen Grad aus dem nachwachsenden Rohstoff, wobei der Anteil bei 70 Prozent und darüber liegen kann.

Darüber hinaus macht auch das Recycling bei polymeren Verbundwerkstoffen in letzter Zeit Fortschritte. Durch chemische Spaltung ist es beispielsweise möglich, Kunstharz aus Verbundwerkstoffen zu lösen. Damit gelingt im Recycling eine Trennung von Holz und Polymer. Die Reststoffe können dann recycelt oder, im Fall von Holz, biologisch abgebaut werden.