Schweizer Technologie für klimaschonende Holzmaterialien
Forschende von ETH und Empa haben neuartige Holzwerkstoffplatten aus gespaltenen Holzstäben entwickelt. So kann man aus schlechtem Holz gute Bauteile fertigen.
Das Wichtigste in Kürze
- Das Verfahren ermöglicht eine effizientere und damit nachhaltigere Holznutzung.
- Die Platten bestehen aus gespaltenen Holzstäbchen.
- Auch Laubholz von geringer Qualität kann zu tragenden Teilen verarbeitet werden.
Holzschindeln prägen das Bild der Dächer und Fassaden im Alpenraum. Seit Generationen werden sie in Handarbeit hergestellt. Dieses jahrhundertealte Handwerk inspirierte Forschende der Empa und der ETH Zürich, neuartige Holzwerkstoffplatten aus gespaltenen Holzstäben zu entwickeln «Angesichts der wachsenden Auswirkungen des Klimawandels auf unsere Wälder bietet sich die Herstellung von Platten aus gespaltenen Stäben an. Dadurch lassen sie sich auch aus unterschiedlich hochwertigem Holz sowie aus Laubholzarten herstellen», sagt Empa-Forscher Ingo Burgert
Spalten für maximale Materialausbeute
Traditionell werden Schindeln aus Holzstammsegmenten von Hand gespalten, industrielle Verfahren setzen auf pneumatische Spaltwerkzeuge. «Die Schindelherstellung zeigt uns, wie Holz energieeffizient und materialeffizient verarbeitet werden kann», erklärt Burgert. «Holz lässt sich parallel zur Faser mit minimalem Energieaufwand und praktisch ohne Verluste spalten.» Diese spanlose Holzverarbeitung erhöht die Schnittholz-Ausbeute erheblich.
In der klassischen Schindelproduktion wird meist nur ausgewähltes hochwertiges Nadelholz verwendet. Um das Verfahren für Laubholzarten geringerer Qualität anzupassen und längere Stäbe zu spalten, entwickelten die Forschenden einen zweistufigen Spaltprozess. Dazu adaptierten die Forschenden dafür eine Apparatur zum Spalten von Feuerholz. Dank eines mehrschneidigen Spaltkopfes lassen sich so bei einem Spaltvorgang gleich mehrere Bretter oder Stäbe gleichzeitig herstellen.
Selektion dank künstlicher Intelligenz
Der Spaltprozess produziert Holzstäbe in Faserrichtung, ohne dass die steifen und festen Fasern angeschnitten werden. Die unregelmässige Form der Stäbe ist jedoch ein Problem. Um dieses zu lösen, setzt das Team um Ingo Burgert auf künstliche Intelligenz (KI). Ein automatisiertes Kamerasystem erfasst hochaufgelöste Bilder jedes Holzstabs, die in ein neuronales Netzwerk eingespeist werden. «Mit künstlicher Intelligenz können wir wichtige Holzeigenschaften wie Steifigkeit für jeden Stab bestimmen, unabhängig von Form, Grösse oder Holzart», erklärt Empa-Forscher Mark Schubert. «Wenn wir in Zukunft verschiedene Holzarten unterschiedlicher Qualitäten verwenden, kommt der Holzsortierung eine besondere Rolle zu. Mit unseren maschinellen Lernalgorithmen generieren wir deshalb möglichst viele Daten über jedes einzelne Stück Holz, um es optimal für Holzwerkstoffe mit definierten Eigenschaften einzusetzen.»
Die ersten Platten hat das Team gepresst, noch ohne die Holzstäbe vorab zu sortieren und gezielt anzuordnen. Und bereits da zeigt sich das Potenzial der hergestellten Demonstratoren: Die Platten lassen sich höchst ressourceneffizient produzieren und besitzen mechanische Eigenschaften, die sie künftig für tragende Bauteile prädestinieren. Burgert ist optimistisch: «Unser Verfahren hat das Potenzial, eine nachhaltige Alternative für die Holznutzung in Zeiten des sich beschleunigenden Klimawandels zu bieten.»
