Baumstark: Flüssiges Holz - wissenschaft.de
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Baumstark: Flüssiges Holz

Der älteste Werkstoff wird zum modernsten. Tüftler verwirklichten eine visionäre Idee: Holz verflüssigen und zu beliebiger Form erstarren lassen. In diesen Tagen beginnt die Fertigung eines der natürlichsten Kunststoffe, die es je gab.

Weltpremiere: In Pfinztal bei Karlsruhe feierte man im Januar 2000 nicht nur, wie überall auf der Welt, den Start in ein neues Jahrhundert. In dem kleinen Ort am Fuß des Nordschwarzwalds beginnt gleichzeitig ein neues Kapitel Technikgeschichte. „ Arboform“ haben seine Schöpfer das Material getauft, das hier erstmals kommerziell verarbeitet wird. Wie das geschieht, erinnert an die Produktion von Schokoladen-Nikoläusen: Bei denen wird erhitzte, flüssige Schokolade maschinell in Hohlformen geblasen, wo sie zu den süßen Zipfelmützenträgern erstarrt.

Schokoladenbraun sind auch die Arboform-Produkte. Nur, daß hier kein süßer Brei aus Zucker, Kakao und Milchpulver in die Formen spritzt, sondern Flüssigholz. Es erstarrt zu festen Gegenständen, die technischen Zug-, Druck- und Biegetests ebenso standhalten wie einem abergläubischen „Klopfen auf Holz“: von gewachsenem, natürlichem Vollholz kaum zu unterscheiden.

„Es ist der Marktauftritt eines faserverstärkten Kunststoffs, der ganz aus nachwachsenden Rohstoffen besteht“, sagt Diplom-Ingenieur Helmut Nägele. Der Polymertechnik-Fachmann und sein Kollege Jürgen Pfitzer sind geschäftsführende Gesellschafter des Unternehmens Tecnaro GmbH. Der Name ist für sie Programm: technisch-industrielle Anwendung nachwachsender Rohstoffe.

Die neue Produktionsstätte an der Pfinztaler Hauptstraße ist ein Apfel, der nicht weit vom Stamm fiel. Nur einen Katzensprung entfernt liegt das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT). Dort arbeiteten beide seit zwei Jahren im Rahmen eines Forschungsprojekts an dem neuartigen Werkstoff. Zum Jahreswechsel wagten sie, ermutigt und unterstützt von ICT-Chef Prof. Peter Eyerer, den Sprung in die unternehmerische Selbständigkeit. Nägele und Pfitzer brauchen nicht zu befürchten, daß aus diesem Sprung ein Sturz in den Abgrund wird. Mehrere Automobilfirmen befassen sich mit Arboform-Entwicklungen für den Fahrzeuginnenraum. Ab 2001 will der Pforzheimer Uhrenhersteller Lacher bei Tecnaro hölzerne Uhrengehäuse fertigen lassen, der Jagdwaffenfabrikant Blaser Arboform-Gewehrschäfte. Gespräche mit Möbelherstellern kreisen um Stuhlteile und Griffmulden für Schubladen. Weitere Ziele wie hölzerne Kugelschreiber oder Gehäuse für TV-Geräte, Computer und Handys sind anvisiert.

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„Wir glauben keineswegs, einen Werkstoff für alles und jedes parat zu haben“, schränkt Helmut Nägele ein. „Aber in bestimmten Nischen bietet sich Arboform als bessere Alternative an. Erstens dort, wo es teure Kunststoffe ersetzen kann: Ein Kilogramm Hochleistungs-Polyamid mit Glasfasern kostet beispielsweise bis zu 20 Mark – Arboform wird, bei gleich guter Eignung, im Preis deutlich darunter liegen, mengenabhängig zwischen sechs und zwölf Mark pro Kilogramm. Zweitens sehen wir dort unsere Chance, wo bislang ausgefallene räumliche Formen dreidimensional aus Holz gefräst werden mußten.“

Festpreise für ihr Material nennen die Jungunternehmer nicht: Das richte sich nach den jeweiligen Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften und nach den Marktbedingungen. Aber konkurrenzfähig seien sie allemal. Mittelpunkt der Tecnaro-Produktionsstätte ist eine handelsübliche Kunststoff-Spritzgußmaschine. Unkonventionell ist jedoch das Material, mit dem das metallene Ungetüm gefüttert wird: Lignin – ein Abfallprodukt der Zellstoffindustrie, Hanf- oder Flachsfasern, Additive als Hilfsmittel bei der Verarbeitung – „ selbstverständlich ebenfalls aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen“, unterstreicht Nägele. Holz besteht zu 20 bis 40 Prozent aus den vielfach verzweigten Lignin-Riesenmolekülen, mit denen die Pflanze während ihrer „Verholzung“ die Zellzwischenräume füllt und so Stamm und Äste druckfest versteift. Bei der Zellstoffgewinnung fallen jährlich weltweit rund 50 Millionen Tonnen davon an. In der Vergangenheit war die beige-braune Masse nur Abfall. Während Zellstoff ein begehrtes Ausgangsmaterial für Papier und Hygieneartikel ist, wurde die Lignin-Pulpe in schlechten alten Zeiten ins nächste Gewässer geleitet – in Entwicklungsländern noch heute.

Hierzulande ist das verboten. Doch das lästige Nebenprodukt findet bisher lediglich zu etwa fünf Prozent Verwendung als Bindemittel für Preßplatten, als Stabilisator für Asphalt oder als Betonzuschlag. Mit dem Löwenanteil des Lignins werden derzeit lediglich die Reaktoren bei der Zellstoff-Fabrikation beheizt.

Das wurmte schon Anfang der neunziger Jahre einen Tüftler namens Paul Wünning. Der Gedanke ließ ihn nicht los, Lignin tauge für Besseres. Er schaffte es, durch ein spezielles Verfahren eine Ligninart herzustellen, die sich unzerstört schmelzen und wieder verfestigen läßt – die Chemiker nennen das einen „Thermoplasten“. Ein großer Teil der Kunststoffe, beispielsweise Polyethylen, gehören in diese Kategorie und lassen sich geschmolzen bequem verarbeiten – nach dem Nikolaus-Prinzip.

Wünnings Ziel: das Natur-Polymer Lignin, verschnitten mit einer Faserkomponente, als Granulat aufbereiten und in Spritzgußmaschinen zu beliebigen Formen verarbeiten. Er schloß sich mit einem Chemiekonzern zusammen. Zuvor, 1996, war bereits ein Kontakt mit dem Fraunhofer-Institut zustandegekommen. Das ICT verfügte über die nötige Expertise, um die Entwicklungsarbeit an neuartigen Lignin-Werkstoffen voranzutreiben – zumal Instituts-Chef Eyerer auch Direktor des Instituts für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde an der Universität Stuttgart ist.

Gegen eines sträubten sich schon bald die ICT-Wissenschaftler, nämlich in erster Linie an geringwertige Produkte wie etwa Pflanztöpfe für Gärtnereien zu denken. Helmut Nägele erinnert sich: „Wir waren sicher, daß viel mehr in diesem Material steckte – das Potential zu einem erstklassigen Konstruktionswerkstoff. Man mußte allerdings die Lignin-Faser-Mischung und das Verarbeitungsverfahren neu entwickeln.“

Zwei Jahre gingen mit dieser Optimierungsarbeit ins Land. Die ICT-Wissenschaftler durchmusterten auf Messen die unterschiedlichsten Faserkomponenten, von Chinaschilf über Sisal bis Flachs, die dem resultierenden Verbundwerkstoff die nötige Zugfestigkeit verleihen könnten – so wie das stählerne Innenskelett einer Stahlbetonwand. „Hanf wurde schließlich unser Favorit“, sagt Nägele. „Er neigt zwar zum Verfilzen, so daß man die Fasern vor der Verarbeitung erst einmal vereinzeln muß. Außerdem ist es schwierig, Hanf mit geschmolzenem Lignin zu mischen. Aber diese Fasern sind einfach mechanisch stabiler als alle anderen.“

1000 Bar Druck und 110 bis 180 Grad Celsius herrschen in der Spritzgußmaschine, wenn geschmolzenes, faserhaltiges Lignin-Granulat – das flüssige Holz – in die jeweilige Hohlform geblasen wird. Höhere Temperaturen als 180 Grad Celsius wären abträglich, weil dann die Fasern zu verkohlen beginnen. Weniger als 110 Grad verbieten sich ebenfalls, weil erst ab dieser Temperatur das Lignin vollständig geschmolzen ist. Was die Maschine verläßt, geht unverkennbar über die Qualität einer Span- oder Faserplatte hinaus. Ob Arboform-Uhrgehäuse oder -Türklinke: Mit einer Dichte von 1,3 Gramm pro Kubikzentimeter weisen die Produkte dieselbe Dichte auf wie natürliches, gepreßtes Buchenhartholz und fassen sich genauso an.

Das Jahr 1999 brachte den Erfolg. Helmut Nägele: „Wir haben das Material und die Verfahren zur Verarbeitung zum Patent angemeldet und ein eigenes Unternehmen gegründet. Wir glauben an den Erfolg unserer Technologie und gehen jetzt in den Markt.“ Mit ihren zunächst fünf Mitarbeitern kann die Tecnaro im Ein-Schicht-Betrieb pro Monat etwa fünf Tonnen Arboform-Produkte stemmen.

Und das ohne gerümpfte Nasen in der Nachbarschaft. „Noch vor einem Jahr waren unsere Produkte mit einem gewissen Waldbrand-Aroma behaftet“, räumt Nägele schmunzelnd ein. „Aber das haben wir ihnen jetzt durch einen Verfahrenstrick abgewöhnt.“

Thorwald Ewe

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