Referenzprojekte

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.

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.

Beim Neubau und Abriss von Gebäuden fällt jedes Jahr tonnenweise Altholz an. Ein großer Teil davon stammt von konstruktiven Holzbauteilen – beispielsweise Dachstühlen, Deckenbalken oder Holzständerwerken. Dieses hochwertige Altholz wird derzeit größtenteils zur Energiegewinnung direkt verbrannt. Das Ziel dieses Verbundvorhabens unter Leitung der Technischen Universität Braunschweig ist daher: eine ganzheitliche, wirtschaftliche Lösung zur Nutzung von konstruktivem Altholz für die erneute Herstellung tragender Holzbauelemente. Am Fraunhofer WKI entwickeln wir hierfür ein tragbares Analysegerät, das die zerstörungsarme in-situ-Untersuchung von verbauten Hölzern hinsichtlich etwaiger Schadstoffbelastungen ermöglichen soll – mit besonderem Fokus auf Holzschutzmittel. Das Projekt trägt dazu bei, dass künftig mehr Altholz hochwertig stofflich wiederverwendet werden kann und unterstützt den Aufbau einer nachhaltigen, biobasierten Kreislaufwirtschaft.

In Deutschland fallen jährlich etwa 8 bis 10 Millionen Tonnen Altholz an. Gut 80 Prozent davon werden direkt energetisch verwertet, also verbrannt. Um die Ressource Holz effizienter zu nutzen, müsste zunächst deutlich mehr Altholz als Material wiederverwendet werden (stoffliches Recycling). Ein Hemmnis besteht darin, dass sich etwaige Schadstoffbelastungen bisher nur mit recht hohem Aufwand feststellen lassen. Eine wesentliche Vereinfachung wird in einem Projekt unter Leitung der Universität Greifswald gemeinsam mit dem Fraunhofer WKI und Industrieunternehmen entwickelt: die Optimierung der »Röntgen-Fluoreszenz-Analytik (RFA)« für die Probenart Altholz. Die neue Analysemethode soll von allen Beteiligten der Altholz-Wertschöpfungskette einfach und schnell anzuwenden sein – zum Beispiel von Recyclingunternehmen, Holzwerkstoffherstellern und Behörden.

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.

Aerogele sind hochporöse, federleichte Werkstoffe mit außergewöhnlichen Eigenschaften: extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit, geringe Schallübertragung sowie hohe Adsorptionswirkung für flüchtige organische Verbindungen. Sie eignen sich hervorragend sowohl für den Leichtbau als auch als Filtermaterial und gelten daher als Zukunftswerkstoff. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir ein Verfahren zur Herstellung von Aerogelen auf Basis von Altholz. Aus den Aerogelen stellen wir Prototypen von Dämmstoffen und schadstoffadsorbierenden Raumluftfiltern her, die in Gebäuden und Fahrzeugen eingesetzt werden können. Darüber hinaus sollen Transfermöglichkeiten zu Anwendungen in der Abgasreinigung aufgezeigt werden. Weiteres Projektziel: Aus den Produkten sollen die für die Herstellung der Aerogele benötigten Rohstoffe wiedergewonnen werden. Mit dieser nachhaltigen Werkstofflösung unterstützen wir den Gesundheitsschutz sowie den Kampf gegen Klimawandel und Ressourcenknappheit.

Die Corona-Pandemie zeigt, wie wichtig es ist, Menschen in Innenräumen vor Ansteckung mit luftgetragenen Krankheitserregern zu schützen. Luftreinigungsanlagen können erheblich dazu beitragen. Aktuell gibt es jedoch noch kein einheitliches Verfahren, um ihre Wirksamkeit zu überprüfen. Wir entwickeln einen möglichen Prüfstandard, um diese Lücke zu schließen. Damit soll künftig die gesundheitliche Bewertung von Arbeitsplätzen hinsichtlich Viren und anderen luftgetragenen Pathogenen erleichtert werden.

In modernen Industriegesellschaften verbringt der Mensch den größten Teil des Tages in Gebäuden. Die Luftqualität in Innenräumen ist daher ein entscheidender Faktor für die Gesundheit und das Wohlbefinden. Fremd- und Geruchsstoffe können die Luftqualität negativ beeinflussen. Eine immer vorhandene, potenzielle Quelle sind Bauprodukte. Für Bauproduktemissionen existieren zwar Prüf- und Bewertungsschemata – allerdings können im realen Innenraum dennoch Fehlgerüche auftreten oder Richtwerte überschritten werden. In diesem Projekt untersuchen wir den Zusammenhang zwischen Bauproduktemissionen und Luftqualität in realitätsnahen Modellräumen und entwickeln Simulationsmodelle. Die Ergebnisse des Vorhabens werden in einen Leitfaden einfließen. Er soll Planungs- und Architekturbüros Handlungsempfehlungen zur Auswahl und zum Einsatz von Baumaterialien geben.

Möbel und Bauelemente aus Holz und Holzwerkstoffen sind umweltfreundlich und erfreuen sich großer Beliebtheit. Bisher gibt es jedoch keine nachhaltigen Flammschutzlösungen für Holzoberflächen im Innenraum. Gemeinsam mit unseren Projektpartnern entwickeln wir formaldehydfreie, transparente und farbige Flammschutzlacke mit dauerhafter Brandschutzwirkung auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Somit erweitern wir die Möglichkeiten für den Innenausbau mit Holz unter Einhaltung von erhöhten Gesundheits-, Umwelt- und Brandschutzvorschriften – zum Beispiel in Schulen, Theatern, Flughäfen oder beim Messebau.

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.

Produkte in der Elektrotechnik, der Elektronik und der Logistik müssen hohe Flammschutzvorgaben erfüllen. Außerdem müssen sie wärmeformbeständig und schlagzäh sein. Die derzeit am Markt erhältlichen Bio-Materialien werden diesen Anforderungen nicht gerecht. In diesem Projekt entwickeln wir Bio-Kunststoffe und Bio-Verbundwerkstoffe, welche die notwendigen Eigenschaften mitbringen und sich mittels Spritzguss und 3D-Druck verarbeiten lassen sollen. So könnten Produkte wie Lichtschalter, Steckdosen, Bewegungsmelder, Kabelkanäle oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge bald aus Bio-Material hergestellt werden.

Die Bauwirtschaft ist eine Schlüsselbranche für Deutschland. Anorganisch gebundene Holzwerkstoffe werden in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt, etwa im Trockenbau, und Holzrahmenbau, als Schalungselemente und Fassadenverkleidungen sowie in Decken-, Fußboden- und Wandkonstruktionen, Feuchtraumauskleidungen, Brand- und Schallschutzkonstruktionen. Durch die in Europa aktuell erfolgte Neueinstufung von Formaldehyd als Karzinogen der Klasse 1B (Stoff ist wahrscheinlich beim Menschen krebserzeugend) sind formaldehydfreie Binde- und Zusatzmittel in naher Zukunft für die Industrie erforderlich. Wir entwickeln in diesem Projekt Bindemittel unter Zuatz formaldehydfreier Harze auf Basis von Melamin und Naphthalin mit verbesserten Eigenschaften für den Einsatz in Bauprodukten.

Holz setzt flüchtige organische Verbindungen frei: Was als typischer Holzgeruch in Innenräumen wahrnehmbar ist, schlägt sich auch in messbaren Werten wieder. Derzeit werden Baustoffe nur einzeln geprüft. In realen Einbausituationen kann es jedoch zu Wechselwirkungen oder Nebenreaktionen kommen. Ziel des Gesamtvorhabens ist die Erarbeitung eines Vorschlags für die Vorgehensweise bei der Bewertung von CE-gekennzeichneten Holzwerkstoffen und technisch getrocknetem Brettsperrholz im Hinblick auf die Abgabe von Stoffen an die Innenluft. Im Teilvorhaben des Fraunhofer WKI steht dabei die Entwicklung neuer Untersuchungsverfahren im Hinblick auf die Sicherstellung der Einhaltung bestehender Richtwerte für die Bewertung der Qualität der Innenraumluft sowie die sichere Einstufung der Holzwerkstoffe hinsichtlich ihrer Gesundheitsverträglichkeit im Vordergrund. Die Ergebnisse sollen als Grundlage für Handlungsempfehlungen beim baulichen Einsatz von Holzprodukten dienen.

Aufgrund der derzeitigen Debatte um mögliche strengere Richtlinien für die Formaldehydemission aus Holzwerkstoffen rücken Isocyanate als vernetzende Klebstoffkomponente verstärkt in den Fokus. Der Einsatz von Isocyanaten bei der Holzverklebung ist jedoch nicht trivial. So müssen zum einen ihre hohe Reaktivität gesteuert und ihre Tendenz, leicht in das zu verklebende Holz einzudringen, reduziert werden. Die Forschungsgruppe »Kleben, Klebungen und Klebstoffe« des Fraunhofer WKI beschäftigt sich seit einigen Jahren mit diesem Thema. In diesem Projekt entwickeln wir eine analytische Methode, um die Isocyanatreaktivität verfolgen und bewerten zu können.

Derzeit kommen als Klebstoffe in der Holzwerkstoffherstellung überwiegend formaldehydhaltige Aminoplastharze zum Einsatz. Die EU hat Formaldehyd als mutagen und kanzerogen wirkende Substanz eingestuft. Eine Alternative könnten die in der Möbelindustrie gebräuchlichen Dispersionsklebstoffe auf Basis von Polyvinylacetat (»Weißleim«) sein. Sie sind formaldehydfrei, jedoch derzeit aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften für die Holzwerkstoffherstellung nur sehr begrenzt einsetzbar. Wir entwickeln einen formaldehydfreien Dispersionsklebstoff mit duroplastischen Eigenschaften auf Basis von Polyvinylacetat (PVAc) und Zuckerderivaten. Damit schaffen wir die Voraussetzungen, dass Holzwerkstoffe künftig mit formaldehydfreien Klebstoffen unter Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden können.

Die Anforderungen an die sensorischen Eigenschaften von Bauprodukten werden zunehmend strenger. Holzwerkstoffe und andere Bauprodukte aus nachwachsenden Rohstoffen, die im Innenraum verbaut werden, verströmen mitunter einen Geruch, der als unangenehm empfunden wird. In diesem Projekt gehen wir der Frage nach, wie man die geruchsrelevanten Emissionen dieser Bauprodukte identifizieren und vermindern kann.

In Klebstoffen für Holzwerkstoffe sowie in Imprägnierharzen für Dekorpapiere scheint eine bloße Reduzierung des Formaldehydgehalts nicht zu genügen, vielmehr sind formaldehydfreie Harze erforderlich. In diesem Projekt entwickeln wir formaldehydfreie Melamin- und Melamin-Harnstoff-Harze auf Basis von Glykolaldehyd für den Einsatz als Klebstoff in Holzwerkstoffen und als Imprägnierharz für Dekorpapiere. Der Einsatz dieser neuen Harze soll ohne Veränderung der etablierten Verarbeitungsbedingungen erfolgen, keine Verschlechterung der Produkteigenschaften bewirken und im Herstellungspreis mit derzeitigen formaldehydhaltigen Aminoharzen vergleichbar sein.

Dieses Vorhaben ist eine Fortsetzung des Vorhabens »Formaldehydfreie Melaminharze als Bindemittel für emissionsarme Holzwerkstoffe und Imprägnierharze für die Dekorbeschichtung«. Aufbauend auf den Erkenntnissen des Vorläuferprojektes sehen wir die Entwicklung formaldehydfreier und gegenüber Melaminharzen preiswerter Harnstoffharze für den Einsatz als Klebstoff in Holzwerkstoffen und als Imprägnierharz für Dekorpapiere als erfolgversprechend an.

Neben Holz gehören die verwendeten Klebstoffe zu den wichtigsten Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Holzwerkstoffen. Die meisten dieser Klebstoffe sind Produkte auf Erdölbasis, welche Formaldehyd enthalten. In diesem Verbundvorhaben entwickeln wir, gemeinsam mit weiteren europäischen Forschungsstellen, ein bio-basiertes und formaldehydfreies Bindemittel für Holzwerkstoffe.