Referenzprojekte

Holz ist ein wertvoller nachwachsender Rohstoff. Um seine Haltbarkeit zu verlängern, wird es häufig mit chemischen Holzschutzmitteln behandelt. Diese Behandlung schützt vor Insekten, Pilzen und Witterungseinflüssen. Doch wenn das Holz zum Abfall wird, stehen wir vor einem Problem. Große Mengen behandelter Althölzer, insbesondere aus rückgebauten oder abgerissenen Dachstühlen, lassen sich bislang kaum wiederverwerten. Schadstoffe aus Holzschutzmitteln verhindern eine sichere Nutzung und führen oft zur energetischen Verwertung gemäß Altholzverordnung. Das europäische Forschungsprojekt WoodTreat setzt hier an. Ziel ist es, belastetes massives Altholz so aufzubereiten, dass schadstofffreie Sekundärrohstoffe entstehen. Das heißt, ein Balken soll als dekontaminierter Balken wiederverwendet werden, nachdem die Oberflächen abgetrennt sind. Dies soll vorzugsweise mit der Wasserstahltechnik erfolgen, um nicht zuvor störende Nägel und Schrauben entfernen zu müssen. WoodTreat stärkt damit die Kreislaufwirtschaft, senkt Umweltbelastungen und unterstützt eine nachhaltige Nutzung von Holz als nachwachsendem Rohstoff.

Mitteldichte Faserplatten (MDF) werden vielfach im Möbelbau eingesetzt. Sie haben eine sehr homogene Oberfläche, die sich besonders glatt beschichten lässt. Außerdem lassen sie sich ökonomisch und nachhaltig aus regional verfügbarem Holz sowie recyceltem Altholz herstellen. Daher spielen sie auch in der Bauindustrie eine große Rolle – zum Beispiel als Trägermaterial für Fußbodenbeläge oder Wandpaneele. Mit diesem Forschungsvorhaben möchten wir MDF und ähnliche Faserplatten noch zukunftsfähiger machen. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir ein formaldehydfreies Klebstoffsystem mit biobasierten Stoffen, die preiswert am Markt verfügbar sind. Besonderer Clou: Das neue Klebstoffsystem kommt ohne klassischen Klebstoff aus.

Gebäude, Fahrzeuge, Elektronik und Co: In vielen Bereichen gibt es erhöhte Brandschutzanforderungen. Nachhaltige Biowerkstoffe können sie unter anderem mithilfe von Flammschutzmitteln erfüllen. Diese werden derzeit überwiegend aus erdölbasierten, mineralischen und anderen endlichen Rohstoffen hergestellt. Gemeinsam mit dem Fraunhofer IAP entwickeln und testen wir Flammschutzmittel auf Basis eines pflanzenbasierten Rohstoffs, der in der Industrie in hohen Mengen als Nebenprodukt anfällt: Maisquellwasser. Die darin enthaltene Phytinsäure soll als flammhemmender Wirkstoff nutzbar gemacht werden. Das Anwendungspotenzial und die Flammschutzeigenschaften demonstrieren wir beispielhaft an einem Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff (Wood Plastic Composite, WPC). Ziel ist die Entwicklung eines wirtschaftlichen Herstellungsverfahrens für das Flammschutzmittel in einem technischen Maßstab. Das Projekt trägt dazu bei, die Konkurrenzfähigkeit von biobasierten Flammschutzmitteln zu verbessern und den Einsatz von Biowerkstoffen zu erhöhen. Damit unterstützen wir den Aufbau einer biobasierten Kreislaufwirtschaft aus lokal verfügbaren Reststoffen (Bioökonomie).

Brettsperrholz hat sich als vielseitiges Holzprodukt in der Bauindustrie etabliert. Es wird in tragenden und nicht-tragenden Bauteilen wie Wänden, Decken und Böden eingesetzt. Gemeinsam mit Forschenden der TU Braunschweig sowie Industriepartnern entwickeln wir Brettsperrholz mit sehr guten Brand- und Umwelteigenschaften. Erreichen wollen wir dies durch die Entwicklung von biobasierten Flammschutzmitteln aus Reststoffen der Landwirtschaft und der Holzverarbeitung. Sie sollen in Klebstoffsystemen und Beschichtungen für Brettsperrholzelemente zum Einsatz kommen. Die Projektergebnisse sollen es ermöglichen, das Marktpotenzial von Brettsperrholz im Holzbau für mittelhohe und hohe Gebäude besser auszuschöpfen.

Leichte Fahrzeuge und Baustoffe sind besonders energieeffizient. Mit Blick auf ein möglichst geringes Gewicht bei gleichzeitig guter Wärmedämmung kommen vielfach Verbundmaterialien zum Einsatz, die sich gar nicht oder nur sehr eingeschränkt recyceln lassen. Zudem bestehen sie meist aus petrochemischen oder anderen endlichen Rohstoffen. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir eine ressourcen- und klimaschonende Lösung: recycelbare Leichtbaumaterialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe mit individuellen Formgebungsmöglichkeiten. Besonderer Clou: Die Integration einer funktionalen Schicht soll die Herstellung von heizbaren Möbeln und Interieurbauteilen mit Beleuchtungsfunktion ermöglichen. Das Anwendungs- und Marktpotenzial ist branchenübergreifend sehr hoch.

Wärme, Trockenheit, Sturm, Borkenkäfer: Im Nationalpark Harz führt der Klimawandel zu großflächigen Waldschäden. Die Wiederbewaldung wird Jahrzehnte dauern. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Holz- und Forstwirtschaft, den Tourismus und somit auf das Wohlergehen der regionalen Bevölkerung. Gemeinsam mit Forschungs- und Regionalpartnern entwickeln wir unterschiedliche Szenarien für die Wiederbewaldung und prognostizieren deren Ökosystemleistungen sowie darüber hinausgehende, sozioökonomische Effekte. Ein Ansatz besteht darin, die abgestorbenen Fichtenbestände durch klimaresistentere Laubbaumarten zu ersetzen. Am Fraunhofer WKI untersuchen wir die erzielbare Holzqualität und -ausbeute sowie die Eignung der Hölzer zur Herstellung von Holzwerkstoffen.

Über 30.000 Windräder gibt es bereits in Deutschland. Bis 2030 könnten es mehr als doppelt so viele sein. Eine Windenergieanlage hält etwa 20 bis 30 Jahre und muss dann entsorgt werden. Der Turm aus Stahl und Beton lässt sich schon sehr gut recyceln, die Rotorblätter bisher jedoch nicht. Sie bestehen aus komplexen Multimaterialverbünden – fest verklebt durch duroplastische Harze. Ein vielversprechender Lösungsweg: Mithilfe von wiederlösbaren Harzsystemen könnte man Rotorblätter so bauen, dass die Materialien sich nach Ende der Nutzungszeit sortenrein trennen lassen. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern erarbeiten wir hierfür industriell umsetzbare Produktions-, Trennungs- und Aufbereitungsverfahren. Der Fokus des Fraunhofer WKI liegt auf der Aufbereitung und Wiederverwendung von rückgewonnenen Glasfasern und Balsaholzkomponenten. Damit tragen wir dazu bei, dass Windenergieanlagen nach Ende ihrer Nutzungszeit zu 100 Prozent hochwertig wiederverwertet werden können.

Spanplatten sind ein nachhaltiges und günstiges Baumaterial für Häuser und Möbel. Sie können aus regional verfügbaren Holzresten sowie recyceltem Altholz hergestellt werden. Mit diesem Forschungsvorhaben werden Spanplatten noch zukunftsfähiger. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir Spanplatten, die mit einem neuartigen Klebstoff hergestellt werden. Er soll kein gesundheitskritisches Formaldehyd freisetzen und vollständig aus biogenen Rohstoffen bestehen. Außerdem testen wir, ob sich die Spanplatten mit alternativen Holzarten herstellen lassen, die aufgrund des Waldumbaus künftig vermehrt zur Verfügung stehen.

Nach 20 bis 30 Jahren haben Windenergieanlagen das Ende ihrer Lebensdauer erreicht und müssen rückgebaut werden. Künftig fallen pro Jahr bis zu 75.000 Tonnen Abfälle aus Rotorblättern an, darunter hohe Mengen an Faserverbundkunststoffen. Bisher werden sie energetisch genutzt (verbrannt) oder geschreddert als Zementzuschlag verwertet. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir eine ressourceneffiziente Lösung: Mittels Pyrolyse wird der Faserverbundkunststoff aus den Rotorblättern in seine Bestandteile zerlegt, um die eingesetzten Fasern zurückzugewinnen. Sowohl diese »Rezyklatfasern« als auch die gleichzeitig anfallenden Pyrolyseöle und Pyrolysegase können industriell genutzt werden. Der Fokus des Fraunhofer WKI liegt auf der nasschemischen Aufbereitung der Rezyklatfasern für die erneute Werkstoffherstellung. Damit tragen wir dazu bei, den Rohstoffbedarf der Windindustrie zu senken.

Bauen mit Holz ist ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz. Durch die Kombination mit Beton lässt sich der Einsatzbereich von Holzkonstruktionen erweitern. Eine vom Fraunhofer WKI mitentwickelte Klebtechnik ermöglicht die beschleunigte Herstellung von Holz-Beton-Verbundelementen (HBV-Elemente). Im aktuellen Forschungsprojekt »SafeTeCC« optimieren und standardisieren wir das Fertigungsverfahren, um es baustellentauglich und prozesssicher zu machen. Gleichzeitig sollen dadurch die Bauteileigenschaften optimiert werden. Ziel ist es, das Bauen mit HBV-Elementen im mehrgeschossigen Hochbau zu etablieren – als konkurrenzfähige Alternative zu reinen Stahlbetonfertigteilen. Damit tragen wir dazu bei, den Anteil nachwachsender Rohstoffe im Bausektor zu erhöhen und somit Klima- und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

Leichte Autos, LKW und Züge aus nachwachsenden Rohstoffen können zum Ressourcen- und Klimaschutz beitragen. Als Fügetechnologie für die Fertigung von Leichtbauteilen bietet insbesondere das Kleben viele Vorteile und gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir einen biobasierten, schaltbaren PU-Flächenklebstoff. Dieser soll es ermöglichen, plattenförmige Schichtwerkstoffe aus Holz bzw. Holz und Metall herzustellen, die erst im späteren Verlauf der Prozesskette zu 3D-Bauteilen umgeformt werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die flexible, wirtschaftlich effiziente Produktion von nachhaltigen Leichtbaufahrzeugen sowie für die Reparatur und das Recycling. Denn: Dank der wiederlösbaren Klebverbindung sollen sich Holz und Metall sortenrein und möglichst schadfrei wieder trennen lassen.

Der Klimawandel stellt die deutsche Forst- und Holzwirtschaft vor große Herausforderungen. Extreme Wetterereignisse und Massenvermehrung von Schadinsekten haben enorme Waldschäden verursacht. Insbesondere Fichten sind Dürren, Stürmen und Borkenkäfern massenweise zum Opfer gefallen. Ein Großteil der geschädigten bzw. abgestorbenen Fichten kann nicht zeitnah geerntet werden. Sie bleiben in Teilen mehrere Jahre stehen und liegen. Ist die Holzqualität dann noch ausreichend, um langlebige Bauprodukte oder Holzwerkstoffe herzustellen? Das erforschen wir gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie in diesem Projekt. Mit der Erstellung eines Leitfadens wollen wir außerdem konkrete Handlungsempfehlungen für Waldbesitzende sowie die Holzindustrie zur Verfügung stellen.

Das Hauptziel des EU-Projekts RECREATE ist die Entwicklung von innovativen Technologien zur Förderung der profitablen Wiederverwendung von End-of-Life-Verbundwerkstoff-Komponenten für industrielle Anwendungen. Das Projekt gliedert sich in unterschiedliche technologische Use-Cases und adressiert eine Vielzahl unterschiedlicher Zielsektoren wie Windenergie oder Automobilindustrie. Die Fraunhofer-Institute IWU und WKI arbeiten gemeinsam mit weiteren Partnern an der Gestaltung und Fertigung wiederverwendbarer Faserverbundstrukturen eines Windkraftrotorblattes.

Ressourcenschonung und Energieeffizienz bestimmen das Bauen der Zukunft. Holz ist ein umweltfreundlicher und vielseitiger Baustoff. Neben der guten Ökobilanz bieten Holzkonstruktionen auch diverse technische Vorteile. Innovative Holz-Hybridsysteme haben noch bessere mechanische Eigenschaften, eine höhere Dauerhaftigkeit und ermöglichen schlanke Bauteilaufbauten. Damit sind sie nicht nur ressourcenschonender als konventionelle Bauweisen, sondern erweitern auch den architektonischen Spielraum. In diesem Projekt untersuchen wir das Langzeitverhalten solcher Hybridsysteme, optimieren sie und schaffen somit die Grundlage für ihren Einsatz in der Bauindustrie. Unser Ziel ist es, den Anteil von Holz im Hochbau signifikant zu erhöhen.

In der Nationalen Wasserstoffstrategie legte die Bundesregierung 2020 fest, grünen Wasserstoff als Schlüsseltechnologie für die Energiewende zu etablieren. Die Nachfrage nach Wasserstoff-Brennstoffzellen wird daher künftig steigen, etwa für den Ausbau der Elektromobilität durch Brennstoffzellenfahrzeuge, die Notstromversorgung oder als Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zur kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme für die Industrie (Prozesswärme) sowie Büro- und Wohngebäude (Heizwärme). Bislang bestehen Brennstoffzellen meist aus Metall und petrochemischen Kunstoffen. Ziel dieses Projekts mit zwei Forschungspartnern ist ein biobasiertes Brennstoffzellensystem. Es soll nicht nur nachhaltiger, sondern auch kompakter, leichter und preiswerter sein als herkömmliche Systeme. Das Fraunhofer WKI entwickelt hierfür hochleistungsfähige Holzwerkstoffe sowie Biopolymere zur Fertigung von elektrisch leitfähigen Compounds.

Regale, Schränke und andere Möbelstücke bestehen oft aus Holzfaserplatten. Sie werden derzeit meist mit petrochemischen Bindemitteln hergestellt, die gesundheitskritisches Formaldehyd ausdünsten. Mit Unterstützung des Fraunhofer WKI entwickelt die Designerin Sofia Souidi einen Werkstoff aus Holzfasern und Casein – ein formaldehydfreies Bindemittel, das schon vor Jahrhunderten als Klebstoff verwendet wurde. Beigemischte Farbpigmente und Granulate sowie 3D-Formbarkeit sorgen für vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten. Das Material soll aus recycelten Komponenten bestehen und selbst recyclingfähig sein.

Ob Gebäude oder Fahrzeuge: Viele tragende Bauteile lassen sich inzwischen aus Holz herstellen, insbesondere aus geklebten Holzwerkstoffen und Hybridwerkstoffen. Ihr Alterungsverhalten ist bisher jedoch unzureichend erforscht. Gängige Methoden zur Prüfung der Dauerhaftigkeit im Außenbereich sind entweder langwierig oder aufgrund ihrer Bedingungen anwendungsfern. Beides kann zu erheblichen Kostensteigerungen für Hersteller und Kunden führen. Gemeinsam mit der Universität Kassel entwickeln wir ein realitätsnahes Schnellalterungsverfahren, das insbesondere von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) eingesetzt werden kann.

Wie kann man Fertighäuser noch effizienter und ressourcenschonender bauen? Gemeinsam mit unseren Projektpartnern entwickeln wir schaltbare Klebstoffe für die stirnseitige Fügung von zementgebundenen Holzwerkstoffplatten. Das ermöglicht die Herstellung von verschnittarmen Endlosplatten. Bisher verfügbare Klebstoffsysteme sind aufgrund begrenzter Verarbeitungszeiten hierfür ungeeignet. Mit schaltbaren Klebstoffen lassen sich Verbindungen einfach herstellen und wieder lösen. Das spart nicht nur Material, sondern erhöht auch die Flexibilität beim Bauen und die Recyclingfähigkeit der Bauelemente.

Bauen mit nachwachsenden Rohstoffen ist gut für das Klima und schont Ressourcen. Die Tragfähigkeit und Haltbarkeit von geklebten Holzwerkstoffen und Holzverbindungen spielt eine zunehmende Rolle – insbesondere bei mehrgeschossigen Gebäuden. Wie gut sich Holz verkleben lässt, hängt unter anderem von den holzeigenen Extraktstoffen ab. Gemeinsam mit der Universität Hamburg untersuchen wir den Extraktstoffgehalt verschiedener Hölzer und ihren Einfluss auf die Verklebungseigenschaften. Damit schaffen wir die Grundlage für holzartenspezifische Klebstoffsysteme in der Bauindustrie – auch für künftig vermehrt anfallende Laubhölzer.

Holzwerkstoffe wie Spanplatten, OSB, Sperrholz oder Faserwerkstoffe (MDF, HDF) kommen als nachhaltiges Baumaterial in großen Mengen in der Bauindustrie und beim Möbelbau zum Einsatz. Auch im Fahrzeugbau finden sie Anwendung und könnten künftig noch eine weitaus größere Rolle spielen. Zur Herstellung werden unter anderem Phenol-Formaldehydharze als Bindemittel (Klebstoff) eingesetzt. Diese Harze sind gesundheitskritisch und basieren auf fossilen Rohstoffen. Gemeinsam mit einem Forschungspartner aus Argentinien entwickeln wir einen gesundheitlich unbedenklichen Bio-Klebstoff. Für die Herstellung können regional verfügbare Produktionsreste verwertet werden. Damit schaffen wir eine nachhaltige und wirtschaftlich attraktive Lösung für die Holzwerkstoffherstellung.