Naturstofftechnologien

Konzeptionelle Holztechnologie

Die Holzbranche ist generell durch hohes Traditionsbewusstsein geprägt. Mehrheitlich werden durch Holzbearbeitungsbetriebe Massenprodukte hergestellt. Die langen Abschreibungszeiträume der Anlagen determinieren für viele Jahrzehnte die eingesetzten Technologien. Diese werden daher hinsichtlich der Wirkprozesse und ihrer Wirtschaftlichkeit nicht kritisch hinterfragt. Die verschiedenen Produktionsverfahren werden deshalb in ihrer gegebenen Form in Forschung und Lehre integriert, wodurch Paradigmen geschaffen werden. Damit reduzieren sich Innovationen auf diesem Gebiet mehrheitlich auf inkrementelle Verbesserungen dieser Verfahren. Die Aufgabe eines Technologieinstituts sehen wir jedoch darin, bestehende Technologien zu analysieren und kritisch zu hinterfragen. Unter konzeptioneller Holztechnologie verstehen wir daher, bestehende Technologien und Wertschöpfungsketten hinsichtlich ihrer Defizite und Limitierungen zu beleuchten und ggf. neue Lösungsansätze vorzuschlagen. Dafür wird ein analytischer Prozess mit drei Phasen vorgeschlagen. In Phase 1 (=Analysephase) werden Limitierungen und Defizite von Verfahrensschritten, Eigenschaften von Halbzeugen und Produkten erhoben. In Phase 2 (=Potentialabschätzung) wird auf einer abstrakten Ebene ein Vergleich zwischen theoretisch möglichem Verbesserungspotenzial und dem Stand der Stand der Technik gezogen. In Phase 3 (=Konzeptionsphase) werden abseits bestehender Verfahren und Technologien völlig frei neue alternative Produktionsverfahren in Betracht gezogen. Dabei werden einzelne Verfahrensschritte oder ganze Produktionsketten kritisch in Frage gestellt und falls notwendig durch neue ersetzt. Dabei ist es durchaus möglich, dass für einzelne neue Verfahrensschritte derzeit noch keine technischen Lösungen zur Verfügung stehen. Durch die Konzeptionsphase wird der notwendige Forschungs- und Entwicklungsbedarf vorgegeben. Kontakt: Univ.Prof. Alfred Teischinger Weiterführende Informationen: Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe

Historische Holzverwendung

Holz war und ist ein elementarer Naturrohstoff. Es gehört seit über 400.000 Jahren – seit der archäologisch belegten Verwendung von Werkzeugen und Brennholz – zu den wichtigsten Rohstoffen, die die Menschheit begleitet haben.

Innerhalb des Schwerpunktes „Historische Holzverwendung“ wurden in sechs österreichischen Museen insgesamt 49 verschiedene einheimische Holzarten nachgewiesen. Neben unseren Hauptholzarten wie Fichte, Buche, Eiche, Esche etc. wurden auch viele Sträucher, Klein- und Obstbäume gefunden. Diese heute nicht mehr genutzten Holzarten weisen sehr spezielle Eigenschaften auf. So kann z.B. die Dichte knapp 1000 kg/m³ erreichen.

Der zweite Schwerpunkt „Dendrochronologie“ beschäftigt sich mit Jahrringen. Einerseits werden damit alte Holzobjekte Jahr-genau datiert. Andererseits nutzt man Informationen aus den Jahrringen um den Einfluss des Klimas auf die Bäume zu analysieren. Dies ermöglicht auch die Rekonstruktion des vergangenen Klimas.

Kontakt: Dr. Michael Grabner Weiterführende Informationen: Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe

Holzmodifikation und Holztrocknung

Die Trocknung ist ein wesentlicher Schritt der gesamten Holz-Prozesskette und Voraussetzung für die weitere Be- und Verarbeitung. Komplexe Wärme- und Massentransportphänomene jeder hydrothermischen Behandlung beeinflussen wichtige Qualitätsparameter wie beispielsweise Holzfarbe und mechanische Eigenschaften. Dies trifft insbesondere für thermische Modifikation zu, bei der die Zusammensetzung des Holzes und seiner physikalischen Eigenschaften unter Einwirkung von Hitze und Sauerstoffmangel permanent über den gesamten Querschnitt verändert werden. Dies kann auch  mittels chemischer Modifizierung erreicht werden, bei der es generell zu einer Derivatisierung von OH-Gruppen der Zellwand kommt. Allgemeine Ziele der Holzmodifikation sind: erhöhte Dauerhaftigkeit, vermindertes Quellen und Schwinden, Hydrophobierung, Holzfarbe, verbesserte mechanische Eigenschaften, Witterungsbeständigkeit. Gemeinsam mit unseren wissenschaftlichen und industriellen Partnern untersuchen wir grundlegende Prinzipien von Trocknungs- und Modifikationsvorgängen und entwickeln bzw. optimieren neue und etablierte Trocknungs- und Modifkationsprozesse. Kontakt: Dr. Christian Hansmann Weiterführende Informationen: Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe

Engineered Wood Products (EWPs)

Neben den klassischen Holzwerkstoffen gewinnen Engineered Wood Products immer mehr an Bedeutung. Zu dieser Gruppe zählen vor allem Materialien und Werkstoffe die im konstruktiven Bereich ihre Anwendung finden, aber auch Werkstoffe, die sich durch spezielle Werkstoff- und Eigenschaftskombinationen hervorheben (hohe Steifigkeit bei geringer Dichte,…) und sich beispielsweise für Anwendungen im Möbel- oder Fahrzeugbau eignen. Durch das koordinierte Zusammenspiel von Zerlegung, Verklebung, Materialzusammensetzung und Engineering können mit EWPs gezielt gewünschte Eigenschaften erzielt (engineered) werden. Eine aktuelle Herausforderung ist dabei, die von der Natur optimierte Syntheseleistung des natürlichen Materials hinsichtlich Ausbeute und physikalischer Eigenschaften zu nutzen. Weitere Zielsetzungen bestehen darin, durch moderne Ansätze aus den Materialwissenschaften, beherrschbare und vor allem berechenbare Werkstoffe für betriebssichere Produkte zu generieren. Kontakt: Ass.Prof. Johannes Konnerth Weiterführende Informationen: Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe

Holzverklebung

Die Verklebung ist die Basis praktisch aller Holzwerkstoffe. Sie verleiht den Holzwerkstoffen durch Adhäsion und Kohäsion mechanische Festigkeit. Nur durch die Verklebung ist die moderne Holztechnologie über die Verwendung von simplen Brettern und Balken hinausgewachsen. Die Verklebung ist damit auch der Schlüssel für die Produktion von Holzwerkstoffen und Engineered Wood Products.
Die Hauptforschungsfragen bei der Verklebung sehen wir in Benetzung, Adhäsion und Interaktion von Klebstoff und Holz (chemisch/physikalisch, grenzflächenphysikalische Aspekte, Struktur und Morphologie), mechanische Performance und physikalische Einflussfaktoren (Zeit, Temperatur, Feuchtigkeit), Klebstoffverteilung, Klebstoffanteil, chemische Eigenschaften, dem Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Klebstoffherstellung, Emissionen, Preis und technologischen Aspekten (Handling, Reaktivität). Kontakt: Dr. Erik Van Herwijnen Weiterführende Informationen: Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe

Holzzerlegung

Bestehende Trenntechnologien haben eine hohe industrielle Reife erlangt. Verbesserungen der Prozesse basieren vorrangig auf erhöhter Automatisierung und maschinenbaulicher Maßnahmen. Ein grundlegendes Verständnis der Interaktion zwischen Werkstück und Werkzeug konnte nicht generiert werden. Bestehende Ansätze für die Beschreibung von Schneidevorgängen aus anderen Werkstoffdisziplinen können nur bedingt auf den anisotropen Werkstoff Holz übertragen werden. Bei aktuellen Zerteilungsverfahren wird auf die hoch optimierte Struktur des natürlichen Werkstoffs keine Rücksicht genommen, wodurch das Potential der Syntheseleistung der Natur nicht ausgeschöpft werden kann. Die Forschungsgruppe arbeitet an neuen Zerteilungsverfahren, wodurch die Ausbeute und die mechanische Leistungsfähigkeit der erzeugten Holzfraktionen erhöht und gleichzeitig der Energieeinsatz gesenkt werden soll. Neben der grundlegenden Analyse von Schnittprozessen wird durch einen Cross Industry Innovation Process in anderen Branchen nach neuen Technologien gesucht, um alternative Trenntechnologien in die Holzindustrie zu übersetzen. Kontakt: Priv.Doz. Dr. Ulrich Müller Weiterführende Informationen: Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe

Naturfasermaterialien

Zellulosefasern wie z.B. Flachs und Hanf sind als Verstärkungsfasern in Polymeren interessant, weil sie im Vergleich zu Glasfasern durch geringes Gewicht überzeugen, wodurch insgesamt leichtere Faserverbundwerkstoffe mit zumindest teilweise biobasiertem Charakter erzeugt werden können. Die Entdeckung von Mikrofibrillierter Zellulose hat zu einem neuen Innovationsschub bei zellulosefaserverstärkten Verbundwerkstoffen geführt. Erstmals besteht in der Gestalt von Mikrofibillierter Zellulose eine gangbare leistungsfähige biobasierte Alternative zu konventionellen, ausschließlich auf fossilen Rohstoffen basierenden Faserverbunden. Die Herstellung von Naturfasern und Mikrofibrillierter Zellulose, sowie deren Polymerverbunden werden ebenso untersucht wie Struktur-Eigenschaftsbeziehungen dieser innovativen Materialien. Der Forschungsbereich Naturfasermaterialien kooperiert eng mit Chemie und Naturstofftechnik. Firmenpartner finden sich in der Holzindustrie, der Papier-/Zellstoffindustrie, und im landwirtschaftlichen Sektor. Kontakt: Univ.Prof. Wolfgang Gindl-Altmutter Weiterführende Informationen: Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe