Feuerfestes Holz-Hybrid

Der Wunsch nach ökologischem Bauen wird in der Bevölkerung immer stärker. Das Streben nach höherer Energieeffizienz und mehr Nachhaltigkeit geht mit der Wahl natürlicher Werkstoffe einher. Holz rückt als traditionelles Baumaterial bei vielen in den Fokus. Bei Wohn- und Bürogebäuden allerdings durfte Holz in der Schweiz aus Gründen des Brandschutzes bis 2015 nur bis zum sechsten Stock verbaut werden. Dies wurde zwar geändert, da Holz einen natürlichen Brandschutz besitzt. Doch um auch höheren Anforderungen an Brandschutz gerecht zu werden, arbeiten Wissenschaftler am Empa der ETH Zürich daran, durch Einbringen verschiedener anorganischer Substanzen in die Holzstruktur die Brandschutzqualitäten zu erhöhen.

Perlmutt, Knochen und Muschelschalen als Vorbilder der Natur

Als Inspiration für Verbundwerkstoffe aus organisch-anorganischer Materialien diente den Wissenschaftlern ein Blick in die Natur. Denn mit Perlmutt, Knochen oder Muschelschalen hat die Evolution in Millionen von Jahren Hybridmaterialien hervorgebracht, die ideal an ihre Umgebung angepasst sind. Unter Leitung des Empa-Forscher Ingo Burgert hat sich Vivian Merk in der Arbeitsgruppe “Holzbasierte Materialien” zur Aufgabe gestellt, die Brennbarkeit von Holz auf natürliche Weise zu reduzieren und die Zellstruktur des Holzes unter Zugabe von Kalziumkarbonat zu mineralisieren.

Um das Mineral tief in die Holzstruktur zu befördern, tränken die Wissenschaftler das Holz zunächst in einer wässrige Lösung aus Kohlensäuredimethylester und Kalziumchlorid. Anschließend wird Natronlauge hinzugegeben und der pH-Wert erhöht sich. Wird ein gewisser Wert überschritten, zerfällt der Ester in Alkohol und CO₂. Das Kohlendioxid reagiert nun mit den Kalzium-Ionen in der Lösung und verbindet sich zu Kalziumkarbonat, das sich tief in der Zellstruktur ablagert. In Tests wurde nachgewiesen, dass sich die Brennbarkeit des Holzes auf etwa ein Drittel reduziert. In der Zellstruktur wurden zudem keine gefährlichen Stoffe festgestellt. Im Vergleich zu Hölzern, die mit herkömmlichen Methoden wie beispielsweise wasserlöslichen Boraten flammhemmend ausgerüstet wurden, kann das Holz nach der neuen Behandlung auf natürliche Weise recycelt werden.

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