Referenzprojekte

Wie lassen sich Straßensanierungen wirtschaftlicher und mit weniger Verkehrsstörungen planen? Der Versagenszeitpunkt einer Asphaltstraße hängt vom strukturellen Zustand der Asphalttragschicht ab. Überprüfungen sind derzeit nur stichprobenartig per Bohrkernuntersuchung möglich und schädigen die Straße zusätzlich. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir eine Lösung: ein intelligentes Messsystem, mit dem sich der Zustand der Asphalttragschicht kontinuierlich, flächendeckend und zerstörungsfrei überwachen lässt. Grundlage des Messsystems ist ein Sensorgewebe im Asphalt. Am Fraunhofer WKI entwickeln wir passende Gewebekonstruktionen auf Basis von Naturfasern sowie einen Prozess für die schonende Integration des elektrisch leitenden Sensormaterials in das Gewebe.

Holz mehrfach wiederverwenden: Gut für’s Klima, technisch möglich und wirtschaftlich interessant. Doch Produkte aus Altholz lassen sich schwer vermarkten. Das Problem: Kaufinteressierte müssen den Nutzen von Altholzprodukten verstehen und darauf vertrauen können, dass wirklich Altholz verwendet wurde. Daher entwickeln wir gemeinsam mit dem Thünen-Institut wissenschaftlich basierte Handlungsempfehlungen hinsichtlich der Qualitätssicherung und der Endverbraucheraufklärung – zum Beispiel mithilfe von Zertifikaten und Qualitätssiegeln. Da Altholz fast ausschließlich in der Spanplattenproduktion stofflich eingesetzt wird, fokussieren wir uns auf diesen Werkstoff und daraus hergestellte Produkte, insbesondere Möbel. Ziel ist es, den Marktanteil von altholzbasierten Produkten zu steigern und damit zu einer effizienten Rohstoffnutzung sowie zum Klimaschutz beizutragen.

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.

Moore schützen, Treibhausgasemissionen vermeiden und gleichzeitig wertvolle Rohstoffe für Haus- und Gartenbau gewinnen: Das ist das Ziel dieses Modell- und Demonstrationsvorhabens, das in zwei Modellregionen in den Landkreisen Emsland und Cuxhaven von insgesamt 13 Partnern aus Forschung und Wirtschaft umgesetzt wird. Aufgabe des Fraunhofer WKI ist die Entwicklung, Herstellung und Prüfung von Bauprodukten auf Basis von Rohrkolben in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IBP.

Häuser aus Holz sind gut für das Klima und schonen endliche Ressourcen wie Beton oder Stahl. Insbesondere der Bau von mehrgeschossigen Gebäuden und ganzen Stadtquartieren in Holzbauweise bietet ein hohes Potenzial, um Klimaschutzziele zu erreichen und die Bauwirtschaft mit Blick auf die Zukunft zu stärken. Im internationalen Vergleich steckt der Holzbau im Deutschland aber noch in den Kinderschuhen. Das möchten wir ändern. Gemeinsam mit Projektpartnern untersuchen und optimieren wir die Vernetzung und Zusammenarbeit der Akteure entlang der Wertschöpfungskette »Urbaner Holzbau« am Beispiel der Region Berlin-Brandenburg. Im Rahmen dieses Projekts untersuchen wir am Fraunhofer WKI die regional verfügbaren Kiefernholzsortimente, um daraus hochqualitative Holzbauelemente herzustellen. Ziel ist es, Metropolregionen auf dem Weg zur Klimaneutralität zu unterstützen und die deutsche Bauindustrie zukunftsfähig zu machen – auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen sowie geschlossenen, effizienten Ressourcenkreisläufen.

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.

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.

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.

Sperrmüll enthält wertvolle Rohstoffe. Eine händische Sortierung ist angesichts der Menge und Vielfalt des anfallenden Sperrmülls sehr aufwendig. Gemeinsam mit Projektpartnern entwickeln wir eine Lösung für die automatisierte Sortierung von Sperrmüll zur Gewinnung von Holz, Holzwerkstoffen und Buntmetallen auf Basis verschiedener Bildaufnahme- und Bildverarbeitungsverfahren sowie künstlicher Intelligenz. Damit tragen wir dazu bei, dass ein höherer Anteil an Rohstoffen aus Sperrmüll wiederverwertet wird. Das schont die Ressourcen und verbessert die Wirtschaftlichkeit.

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.

Die Beurteilung des strukturellen Zustands von Asphalttragschichten ist für die Planung von Straßensanierungen von hoher Bedeutung. Derzeit kommen zerstörende Messverfahren zum Einsatz, mit denen die zu untersuchende Straße zusätzlich geschädigt wird. Eine flächendeckende kontinuierliche Bewertung der Tragschicht ist durch den hohen Aufwand und die zusätzlich eingetragene Schädigung nicht realisierbar. Gemeinsam mit Projektpartnern entwickeln wir ein zerstörungsfreies Messsystem, mit dem sich der Straßenzustand zu jedem Zeitpunkt ohne nennenswerten technischen Messaufwand erfassen lässt. Sanierungsmaßnahmen würden dadurch besser und frühzeitiger planbar.

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.

Die Windenergie ist eine tragende Säule der Energiewende. Die technische Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen wird daher immer wichtiger. Insbesondere die Rotorblätter sind hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Schäden daran können schwerwiegende Folgen haben. Gängige Inspektionsverfahren verlangen einen direkten Zugang zu den Rotorblättern. Gemeinsam mit unseren Projektpartnern streben wir in diesem Projekt eine einfachere Lösung an: Inspektion mit Drohne und passiver Thermographie. Nachteil dieser Methode ist, dass nicht bei allen Wetterbedingungen alle Fehler sichtbar sind. Ein weiteres Projektziel ist daher eine Software, mit der man wetterabhängig den optimalen Inspektionszeitraum und die Nachweisgrenzen berechnen kann.

Ob Laminatböden, Küchen- und Labormöbel, Wohnmöbel oder Innentüren: Ein Großteil besteht aus Holzwerkstoffen, die mit melaminharzgeprägten Papieren beschichtet sind. Die Melaminharzoberflächen sind sehr widerstandfähig. In seltenen Fällen treten jedoch Risse und Verformungen auf, was kostspielige Reklamationen und Rückbaumaßnahmen zur Folge haben kann. In einem Vorläuferprojekt konnten wir bereits die Ursachen der Rissentstehung eingrenzen und vielversprechende Methoden für die Problemlösung entwickeln. Für eine zuverlässige Qualitätssicherung und Schadensanalyse werden wir die Methoden in diesem Projekt optimieren. Außerdem werden wir die Untersuchungen auf Mischharze ausweiten.

Durch die Globalisierung des Holzhandels und den Klimawandel steigt die Gefahr, dass holzzerstörende Insektenarten eingeschleppt werden, sich schnell ausbreiten und dadurch große Schäden in deutschen Wäldern anrichten. Bisherige Kontrollverfahren für den Holzhandel sind nicht ausreichend. Ziel unseres Forschungsprojektes ist es daher, ein effektives Kontrollverfahren zu entwickeln, um damit den Holzhandel und die Fortwirtschaft zu unterstützen.

In Holzbauweise erstellte Gebäude helfen bei der Einhaltung von Umwelt- und Klimazielen. Sie sind ressourcenschonend und dienen als CO₂-Speicher. Doch halten die heute erstellten Holzbauten den künftigen Auswirkungen des Klimawandels stand? Das ist die Leitfrage dieses Projekts. Wir analysieren und evaluieren die Gebrauchstauglichkeit von Holzbauten in Deutschland unter Berücksichtigung der voraussichtlichen klimatischen Bedingungen für die kommenden 100 Jahre, also bis zum Jahr 2115. Aus den gewonnenen Erkenntnissen leiten wir Handlungsstrategien ab.

Rotorblätter von Windenergieanlagen unterliegen im Betrieb hohen mechanischen Belastungen. Materialfehler wie Fehlverklebungen und Risse können schwerwiegende Folgen haben – bis hin zum Totalschaden der gesamten Anlage. Daher müssen sie sorgfältig von innen und von außen geprüft werden. Eine Prüfung von innen ist bisher nur eingeschränkt möglich, da nicht alle Blattbereiche zugänglich und nicht alle Fehler optisch sichtbar sind. In Zusammenarbeit mit mehreren Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir daher einen Thermographie-Roboter für die Innenprüfung. Damit tragen wir dazu bei, dass Windenergieanlagen dauerhaft sicher sind und wirtschaftlich betrieben werden können.

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.