Wir Menschen bauen seit Jahrtausenden mit Holz unsere Hütten und Häuser, seit einiger Zeit entstehen auch wieder vermehrt Neubauten – die zunehmend in die Höhe wachsen. Beim Neubau dieser Hochhäuser vertrauen die Architekten meist auf eine bautechnisch und ökologisch sinnvolle Holzhybridbauweise, die die jeweiligen Stärken der verschiedenen Materialien Holz, Beton und Stahl vereint. Der nachhaltige Baustoff Holz dient als tragendes Element für die Gebäudehülle. Beton als statisches Element wird für das Fundament, Schächte oder Decken verwendet.
Zunehmend wird Hybridholz bzw. WHS (Wood Hybrid System) eingesetzt, bei dem die Oberfläche aus dem Holzverbundwerkstoff WPC fest mit dem Strukturkern aus Aluminium verschmolzen ist. In der Bauindustrie kommt WHS vor allem bei der Konstruktion von Fassaden, Fensterläden oder der Freiflächenmöblierung mit einem anspruchsvollen und dekorativen Design zur Anwendung, da es das Aussehen und die Beschaffenheit von natürlichem Holz aufweist. Es ist leichter zu installieren, vielseitiger und leistungsstärker als Naturholz. Als Fazit lässt sich feststellen, dass mit der richtigen Kombination die einzelnen Materialien ihre Stärken vereinen und dabei eine bessere und nachhaltigere Ökobilanz aufweisen.
Von wegen nachhaltig
Man könnte also meinen, wir haben das Allheilmittel für mehr Nachhaltigkeit gefunden. Aber verfügen wir überhaupt über genügend Holz für unseren Bedarf? In der eingangs erwähnten Studie wird das in Frage gestellt. Um Biodiversität- und Klima effektiv zu schützen, dürfen weltweit maximal rund 3 Milliarden Kubikmeter Holz geerntet werden, mit deutlichen Einschränkungen bei der Nachhaltigkeit maximal 4,2 Milliarden. In der Realität liegt unser Verbrauch allerdings bei 4,3 bis 5 Milliarden Kubikmetern. Das ist deutlich zu viel. Da die globale Nachfrage nach Holz aber weiter steigt, wird sie die Übernutzung der Wälder weiter verschärfen. Besonders in Ländern mit einem hohen Konsumniveau wie Deutschland wird immer mehr Holz für Verpackungen, Bioplastik und zur Energieerzeugung oder zum Heizen verschwendet. Holz kann der Bau- und Möbelstoff der Zukunft sein, aber der Verbrauch sollte sich auf sinnvolle Bereiche fokussieren und es müssen deutliche Prioritäten bei der Nutzung gesetzt werden. Die Langzeitnutzung als Ersatz für bzw. im Zusammenspiel mit Beton oder Stahl in der Bauindustrie bieten sich hier an.
Baukomponenten im konstruktiven Holzbau sind fast ausschließlich aus Fichte, da sie einfach hergestellt werden können. Doch mit dem Klimawandel wird ihr Bestand zurückgehen. Eine Alternative könnte Buchenholz sein. Der äußere Teil eines Buchenstamms ist im Möbel- und Treppenbau von Bedeutung. Der innere Teil, der Kern, findet meist nur als Lagerholz oder als Brennstoff Verwendung. Ändern möchte dies ein Team um Professor Dr.-Ing. Jürgen Graf vom Fachbereich Architektur der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) und des Laubholzsägewerks Pollmeier Massivholz GmbH & Co.KG. Es entwickelt ein neues Verfahren, mit dessen Hilfe das Buchenholz im Bauwesen für standardisierte Träger und Stützen genutzt werden soll. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Vorhaben mit 75.000€.
Allerdings sieht es für die Fichte, die beim Bau derzeit meist Verwendung findet und eigentlich ein nordisches Holz ist, aufgrund des Klimawandels nicht gut aus. Die Bestände schrumpfen. Eine Alternative im konstruktiven Holzbau könnte Buchenholz sein, das aktuell mit circa 70 Prozent überwiegend als Brennholz verwendet wird. „Bislang kommt für Schnittholz von Holzbaukomponenten 96 Prozent Nadelholz zum Einsatz, der größte Teil davon stammt von der Fichte“, sagt Graf, der im Fachbereich Architektur der TU Kaiserslautern (fatuk) zu Holzarchitektur und Holzwerkstoffen forscht. Das habe mehrere Gründe: „Fichte wächst einfach gerade und ist leicht zu verarbeiten“, fährt er fort. „Buchen wachsen hingegen mit wechselnden und schrägen Triebspitzen mehrseitig krummwüchsig und sind deshalb für die Verwendung als Bauholz forstwirtschaftlich kostspielig zu erziehen.“ Auch trockne das Holz der Buche schwerer und ist aufwändiger zu verarbeiten als Nadelholz. „Die Buche dient meist für den Innenausbau – als Möbelholz oder für Holztreppen“, so der Bauingenieur weiter. Verwendung findet hier der äußere Teil des Stammes. Das Innere, der Kern, wird oft energetisch verwertet. Teilweise wird es niederschwellig auch zur Produktion von Paletten verwendet.
Graf und sein Fachbereich beschäftigen sich schon länger mit den Eigenschaften dieses Laubholzes. „Wir haben beispielsweise untersucht, ob der Holzkern eine hohe Tragfähigkeit besitzt, wenn wir ihn als Bretter schneiden; ähnlich wie die guten äußeren Teile für den Möbelbau“, sagt er. „Dabei haben wir festgestellt, dass es sich sehr gut im Bauwesen nutzen lässt, beispielsweise im Steg von I-profilierten Trägern.“
Bei Buchenholz besteht jedoch das Problem, dass es sich beim Trocknen stark verformt – eine Tatsache, die nachteilig ist, wenn man Bretter durch Keilzinkung verbinden will. Hierbei werden die Bretter an ihren Enden durch Zinken zusammengebracht und verklebt. Bei Fichtenholz ist es mit dieser Verbindung z.B. problemlos möglich, Endlosbretter für Träger großer Spannweite zu erzeugen. „Mit Buchenholz geht dies bisher im industriellen Maßstab nicht. Wir haben große Schwierigkeiten, die Tragfähigkeit des Grundmaterials über die Keilzinken hinweg zu gewährleisten“, so der Bauingenieur weiter.
Hier setzt nun das neue Vorhaben an: Dazu arbeitet das Team um Graf eng mit dem Unternehmen Pollmeier Massivholz im thüringischen Creuzburg zusammen. Sie möchten ein neues Verfahren entwickeln, mit dem eine stabile Keilzinkung auch bei Buchenholzträgern möglich ist. „Wir werden aus einzelnen Buchenholzbrettern zunächst einen Brettschichtholzträger, kurz BSH-Träger, kleben. Die einzelnen Bretter haben dabei rund eine Länge von drei Metern“, erläutert Graf die geplante Methode. In seiner Gesamtheit ist der BSH-Träger im Gegensatz zum Einzelbrett dann formstabil. „Im Anschluss soll eine Mechanik zum Einsatz kommen, die solch große Träger zusammenschiebt, um sie über Universalkeilzinken miteinander zu verkleben“, sagt Graf. „Diese Technik wollen wir im industriellen Maßstab im Rahmen des Projekts entwickeln.“
Mit dem neuen Verfahren ließen sich mit Buchenholz Träger und Stützen mit großen Längen realisieren. Sie könnten beispielsweise als Bauelemente bei Gebäuden und Hallentragwerken zum Einsatz kommen. Darüber hinaus erforscht das Team Verbindungselemente, mit denen sich die Träger wieder leicht lösen lassen, um wiederverwendet zu werden und dadurch Ressourcen einzusparen.
Das Projekt ‚Standardisiertes Holzbauelement im Hallenbau – Ressourceneffizienz mit Buchenholz niedriger Qualität (ResBu)‘ wird von der Carl-Zeiss-Stiftung gefördert. Die Arbeiten an der TU Kaiserslautern finden im Forschungsschwerpunkt ‚t-lab – Holzarchitektur und Holzwerkstoffe‘ statt, dessen Sprecher Professor Graf ist. Ingenieure und Architekten arbeiten u.a. an neuen Bauweisen, -techniken und -strukturen und daran, wie Holz im Bauwesen künftig stärker Verwendung finden kann. Auch neue digitale Techniken und Fertigungsprozesse spielen hierbei eine wichtige Rolle. Die Forschung ist dabei an der Schnittstelle von Architektur, Bauingenieurwesen, Fertigungstechnik und Informatik angesiedelt.
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