Nachhaltige Produktion und Nutzung von Naturstoffen

Nachhaltige Gewinnung, Verarbeitung und verfahrenstechnische Gestaltung von Werkstoffen und Produkten auf Naturstoffbasis mit einem werkstoff- und ingenieurwissenschaftlichen Schwerpunkt – Nachhaltigkeit aus Naturstoffen!

Nachhaltigkeit aus Naturstoffen – Holz als wichtigster nachwachsender Rohstoff bildet eine zentrale Grundlage bei der Transformation der Wirtschaft von einer auf fossilen, auf mineralischen Rohstoffen basierenden Wirtschaft hin zu einer nachhaltigen Wirtschaft, die auf erneuerbare Ressourcen basiert. Die Nutzung des nachwachsenden Rohstoffs Holz trägt zur Erhöhung der volkswirtschaftlichen Ressourceneffizienz bei und ist vielfältig einsetzbar. Daher erforscht die Hochschule im Rahmen des Forschungsschwerpunktes 2 (mit einem werkstoff-/ingenieurwissenschaftlichen Schwerpunkt) mit der nachhaltigen Gewinnung, Be- und Verarbeitung von Rohstoffen auf Naturstoffbasis sowie mit der Gestaltung von holzbasierten Produkten.  Damit verbunden beschäftigt sich der Schwerpunkt mit den verfahrenstechnischen Methoden und der Anwendung geeigneter Verfahren zur Naturstoffbe- und -verarbeitung.

Durch die zunehmende Verknüpfung von elektronischen und mechanischen Prozessen in der Fertigungs- und Verfahrenstechnik eröffnet sich das neue Lehr- und Forschungsfeld der Holzmechatronik mit einer deutlichen Flexibilisierung der Fertigungstechnologien. Vor allem dient diese Verknüpfung einer zunehmend nutzungsorientierten und ressourceneffizienten Verwendung des Rohmaterials Holz und anderer lignocelluloser Materialien.

Die Forschungsaktivitäten innerhalb dieses Forschungsschwerpunktes lassen sich in drei wesentliche Kernthemen unterteilen:

Potenziale von Holz in der Bioökonomie

Lignocellulose Materialien, darunter insbesondere Holz, werden mit modernen Prüf- und Untersuchungsmethoden der Holzbiologie, Holzphysik und Holzchemie charakterisiert, beschrieben und modifiziert. Wichtige Arbeitsgebiete sind dabei:

• Materialforschung und Entwicklung an Holz und lignocellulosen Materialien mit Fokus auf Holzstruktur und Biologie, Physik und Chemie des Holzes und anderen lignocellulosen Materialien,
• Holzmodifikation, und -veredelung und -vergütung von Holz und lignocellulosen Werkstoffen für anwendungsorientierte Eigenschaftsveränderung sowie
• Konstruktive Vergütung von Holz durch Werkstoffkombinationen sowie
• Verfahrensentwicklungen bei der Vergütung von Holz.

Verfahrenstechnik, Mechatronik sowie Prozess- und Produktentwicklung entlang betrieblicher Wertschöpfungsketten

Forschungen im Bereich Verfahrenstechnik, Mechatronik sowie Prozess- und Produktentwicklungen erfolgen unter starkem Anwendungsbezug sowie unter Berücksichtigung der gesamten Wertschöpfungskette und der zunehmenden Verknüpfung elektronischer und mechanischer Systeme. Hierbei wird unter material- und energieeffizienten Gesichtspunkten die nachhaltige Nutzung von Holz und anderen holzanalogen Materialien in einem strukturierten Kreislauf, insbesondere auch im Sinne einer Kaskadennutzung, vertreten. Dabei wird darauf abgezielt, einerseits die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Rohstoffe besser zu verstehen und andererseits aus diesen Erkenntnissen neue Verfahren und Materialien (Verbundmaterialien) zu generieren. Nachhaltigkeit aus Naturstoffen – Bei der angewandten verarbeitungstechnischen Anpassung von Fertigungsprozessen werden mit hochmodernen Werkzeugmaschinen neue Produkte entwickelt oder Nullserien gefertigt bzw. Produktionsstrategien entwickelt. Neue Entwicklungen und individuelle konstruktive Lösungen werden geprüft und optimiert. Wichtige Aspekte sind:

• Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft
• innovative Fügetechnologien, insbesondere Kleben
• Bauteil- und Produktanalysen zur Optimierung der Herstellungsprozesse und der Produkte
• Implementierung neuartiger Fertigungsmethoden, z.B. Laser- oder Plasmatechnologie, in die holzbe- und -verarbeitende Industrie
• Mit der Mechatronik im Holzingenieurwesen werden elektronische und mechanische Prozesse in der Fertigungs- und Verfahrenstechnik bei der Be- und Verarbeitung von Holz bzw. nachwachsender Rohstoffen verknüpft.

Bauen mit Holz und moderner Holzbau

Bauen mit Holz ist der Tradition verpflichtet, lokale Ressourcen zu nutzen und zu verwenden. Mit neuen Produktions- und Wertschöpfungsketten werden im modernen Holzbau – gerade auch durch die Verwendung moderner Holzwerkstoffe – neue Möglichkeiten erschlossen. Holz leistet beim Bauen einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz, da das beim Wachsen aufgenommen CO₂ über den Lebenszyklus hinweg gespeichert wird.

Themenschwerpunkte sind damit:

• Erforschung von traditionellen und innovativen Holzbauweisen
• Neuartige Konstruktionsformen und Verbindungen/ Kombinationen mit neuen Materialien (Kunststoffe/ modulares Bauen/ Dämmmaterialien etc.)
• Holzbau im ländlichen Raum und in der Landwirtschaft zur Steigerung des Holzeinsatzes im Holzbau
• Ressourcen-Effizienz in Bezug auf die verwendeten Werkstoffe sowie auf die Produktion, (Kreislaufwirtschaft/ Wiederverwertbarkeit / kaskadierende Nutzung/ Re-Use/ Re-Cyle / cradle-to- cradle-Design / Baubiologische Unbedenklichkeit)

Ob man lieber Wolle oder Nylon auf der Haut spürt, ist Geschmackssache. Aber was belastet die Umwelt weniger:
Natur- oder Kunstfasern?

„Nachhaltigkeit“ genauer hingeschaut — und Überraschendes entdeckt.

Öko-GAU Baumwolle
Nachhaltigkeit aus Naturstoffen – Baumwolle ist die meistverbreitete Naturfaser vor Wolle, Leinen und Hanf. Gut 24 Millionen Tonnen werden jährlich geerntet, wofür ein Viertel der weltweit produzierten Insektizide und mehr als zehn Prozent der Pestizide benötigt werden – und pro Kilo rund 10.000 Liter Wasser. Laut Greenpeace wachsen auf den riesigen Monokulturen in den USA,
China und Indien 60 bis 90 Prozent gentechnisch veränderte Sorten; ökologisch angebaute „Bio-Baumwolle“ macht etwas über 2,5 Prozent des weltweiten Anbaus aus – allerdings mit enormer Steigerungsrate.

Doch das Etikett „100 Prozent ökologisch angebaut“ bedeutet noch lange nicht, dass das T-Shirt komplett umweltfreundlich hergestellt wurde und schadstofffrei ist – das hängt von der Weiterverarbeitung ab.

Der Filz mit der Wolle

Die zweithäufigste Naturfaser trägt auf ihrer Oberfläche winzig kleine Schuppen, die sich beim Waschen in der Maschine verhaken können, so dass die Wolle einläuft und verfilzt. Das kann man vermeiden, indem man Wollprodukte kalt und von Hand wäscht oder chemisch reinigt. Damit Bekleidung aus Wolle – auch aus der inzwischen beliebten Merinowolle – auch in der Maschine gewaschen werden kann, bieten einige Hersteller sie mit Antifilzbehandlung
an, etwa unter dem Schlagwort „superwash“. Das dafür meistverbreitete Verfahren arbeitet mit Chlor. Dieses in hohen Konzentrationen giftige Gas kann sich mit Kohlenwasserstoffen im Prozess verbinden und das Abwasser mit so genannten AOX belasten, organisch gebundenen Halogenen, unter denen sich auch gesundheitsgefährdende Stoffe finden. Die behandelte Wolle selbst bleibt unbedenklich. Es gibt aber auch umweltfreundlichere Verfahren wie die Plasmabehandlung oder Anwendungen von Ozon oder Wasserstoffperoxid, die während des Klärprozesses zu Wasser und Sauerstoff zerfallen.

Vielerlei Naturfasern

Hervorragend sieht die Ökobilanz von Hanf aus, der wie Seide zu den stärksten Naturfasern gehört. Während bei Seide die Puppen der Seidenraupen in ihrem Kokon getötet werden müssen, um die Seide abwickeln zu können, ist Hanf ethisch problemlos. Außerdem ist er sehr robust, wächst schnell und ohne künstliche Bewässerung, Pestizide oder synthetischen Dünger; die Stauden verbessern sogar die Bodenqualität. Benutzt werden Hanffasern für Bekleidung allein oder im Mix mit recyceltem Polyester, Bio-Baumwolle oder Elastan. Leider ist der industrielle Hanfanbau
in vielen Ländern verboten oder eingeschränkt, obwohl es vierzehn Nutzhanfsorten mit vernachlässigbarem
Anteil von THC (dem Wirkstoff von Marihuana) gibt.

Auch Leinen (Flachs)

hat tolle Eigenschaften – reißfest, saugfähig, mottenbeständig – und braucht relativ wenig Dünger und Pestizide. Allerdings ist seine Verarbeitung aufwändig, und bei einem bestimmten Verarbeitungsverfahren (Warmwasserröste) entsteht viel Abwasser. Ramie, eine edel glänzende, hochwertige Bastfaser aus einer brennnesselähnlichen Pflanze, kommt auch ohne viel Spritzmittel aus, ist allerdings relativ teuer. Nachhaltigkeit aus Naturstoffen – Und auch aus dem Bast der anspruchslosen, unempfindlichen schnell wachsenden Bambuspflanze lassen sich Textilfasern gewinnen.

Fast wie die Natur?

Allerdings wird Bambus meist anders verarbeitet, nämlich als „Regeneratfaser“. Das ist ein Überbegriff für Fasern aus Zellulose, einem pflanzlichen Baumaterial. Sie sind bekannt unter Namen und Marken wie Viskose, Modal oder Rayon und werden gewonnen aus nachwachsenden Rohstoffen wie eben Bambus, aber auch verschiedenen Holzsorten. Aus diesem Startmaterial wird die Zellulose mit diversen Chemikalien herausgetrennt und gelöst. Die dickflüssige Substanz
wird durch Düsen in ein säurehaltiges Bad gepresst, danach gestreckt, mit viel Chemie gewaschen, gleitfähig gemacht und getrocknet. Der natürliche Rohstoff wird also chemisch umgewandelt und die entstandene Faser ist zwischen Natur- und Kunstfaser einzuordnen. Ein Label mit Bambus-Bildchen oder mit Naturfaser-Bezeichnung ist da pures „greenwashing“.

Die österreichische Firma Lenzing stellt aus rasch nachwachsendem Eukalyptusholz so genannte Lyocellfasern in einem speziellen Produktionsverfahren her: Dabei wird die Zellulose im geschlossenen Kreislauf mit einem ungiftigen Lösungsmittel verarbeitet, Energie- und Wasserverbrauch sind stark reduziert. Durch ähnliche Verfahren entstehen
auch andere Zellulosefasern, wobei der Spinnmasse oft Zusätze beigemischt werden, die den Fasern spezifische Leistungsmerkmale verleihen sollen, wie Nassfestigkeit, Leitfähigkeit oder Klimaregulation.

Auch mit Kokosfasern, benutztem und gepresstem Kaffeepulver oder exotischen Pflanzen wurde bereits experimentiert. Bekannt geworden ist Cocona, das allerdings kein funktionelles Stöffchen aus Kokosfasern ist, wie der Name vermuten lässt, sondern eine antibakterielle „Anti-Stink-Ausrüstung“, die nur ein Prozent des Kleidungsstücks ausmacht.

Generell ist festzuhalten, dass sich Naturfasern nur dann für Funktionsbekleidung eignen, wenn sie durch
zusätzliche Bearbeitung die erforderlichen Eigenschaften bekommen – Nachhaltigkeit aus Naturstoffen. Wie genau man hinschauen muss bei der ökologischen Bewertung von Naturstoffen, zeigt sich an der uralten Kulturpflanze Mais. Die darin enthaltene Milchsäure kann man zu Polylaktid verarbeiten, einer „naturnahen Kunstfaser“ ähnlich wie die Regenerate. Allerdings ist der Großteil des auf dem Weltmarkt erhältlichen Industriemaises genmanipuliert – ein umstrittenes Thema.

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