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Holzmodifikationen

Wider die Vergäng­lichkeit des Holzes

Christoph Schindler
Erschienen in
Zuschnitt 41: landauf-landab
März 2011, Seite 22f.

... jo wegerli, und ’s Hus wird alt und wüest;
der Rege wäscht der’s wüester alli Nacht,
und d’Sunne bleicht der’s schwärzer affi Tag,
und im Vertäfer popperet der Wurm.

Johann Peter Hebel, Die Vergänglichkeit,
Gedicht in alemannischer Mundart (Ausschnitt), 1803

Wir lieben Holz als Baumaterial in der Landschaft. Es wirkt naturverbunden und ursprünglich. Gleichzeitig stehen aber die natürlichen Eigenschaften des Holzes unseren Vorstellungen von einer dauerhaften Anwendung im Weg. Als organisches Material reagiert Holz empfindlich auf äußere Einflüsse. Es vergilbt durch die UV-Strahlung der Sonne, verwittert durch das Auswaschen der Abbauprodukte des Lignins durch den Regen, wird von Insekten aufgefressen und durch Pilze verfärbt oder sogar zerstört. Und dies nicht nur, wenn es durch dauerhafte Durchfeuchtung der Fäulnis preisgegeben wird. Sobald Holz frei im Außenraum steht und ungeschützt der Witterung ausgesetzt ist, treten Prozesse in Gang, die das tote Material so schnell wie möglich auflösen wollen, um es als Nährstoff für neue Pflanzen und Tiere zur Verfügung zu stellen.

Sicher gibt es Projekte, die die Vergänglichkeit des Holzes einbeziehen, den Verfall als nicht präzise vorhersagbares Phänomen akzeptieren und in entsprechenden Zyklen einen Ersatz der Bauteile vorsehen. Vielen ist aber ein regelmäßiger Austausch zu aufwendig und kostspielig. Sie wünschen sich ein kontrollierbares Erscheinungsbild: dass das Holz langfristig aussieht wie frisch aus dem Sägewerk, oder zumindest, dass es mit einer gleichmäßig grauen Patina versehen ist. Bei manchen Anwendungen wie etwa bei Eisenbahnschwellen, Leitungsmasten oder Reb- und Obstpfählen wird das Holz mit giftigen Schutzmitteln als Nährstoff für Organismen langfristig unverträglich gemacht. Allerdings ist auch für den Menschen der direkte Kontakt mit diesen Substanzen nicht zuträglich. Ist der Schutz vor Feuchtigkeit und UV-Licht nur durch eine regelmäßige Pflege mit schadstoffarmen Lasuren, Ölen oder Wachsen zu erreichen? Vier aktuell diskutierte Methoden versuchen mit verschiedenen Strategien, sich ohne Wartungsaufwand gegen die Vergänglichkeit des Holzes aufzulehnen.

Ankohlen

Das Ankohlen ist ein sehr altes Verfahren. Bei Ausgrabungen des Dianatempels in Ephesus oder auch in Herculaneum und Pompeji wurden im Fundament Hölzer zutage gebracht, die vor dem Verbauen bewusst verkohlt worden waren. Der römische Architekt und Architekturtheoretiker Vitruv beschrieb den Bau eines Mietshauses und dabei den Einsatz von angekohlten Fundamentpfählen aus Erlen-, Oliven- oder Eichenholz. Auch heute ist das Ankohlen von Bauteilen mit Bodenkontakt wie etwa bei Reb- und Obstpfählen weitverbreitet. Die Wirksamkeit des Holzschutzes durch Verkohlen ist allerdings stark umstritten. Die Gegner des Ankohlens argumentieren, die Rissbildung der Kohleschicht sei der Ansiedelung von Pilzen im Holzinneren erst recht förderlich.

Aktuell diskutiert werden optische Anwendungen wie die beim 2007 fertiggestellten Besucherzentrum »Müritzeum« in der Region Mecklenburgische Seenplatte, bei dem 30 mm starke, verkohlte Lärchenhölzer die Außenfassaden bilden. Die Umwandlung eines Stückes Holz in Holzkohle ist generell ein einfaches Verfahren. Durch Einwirkung von Hitze werden ca. 80 Prozent der Holzmasse in Holzgas umgewandelt. Führt man diese so genannte Pyrolyse unter Sauerstoffabschluss durch, erhält man Holzkohle.

Will man nur die Oberflächenschicht größerer Bauteile gleichmäßig verkohlen, gestaltet sich die Aufgabe ungleich komplizierter. Die Verkohlung muss gesteuert ausgeführt und nach Erreichen der gewünschten Tiefe abgebrochen werden. Zugleich ist die Weißverkohlung, nämlich die Verbrennung der oberflächlich erzeugten Holzkohle, zu unterbinden. Die besten Ergebnisse erzielt man durch ein zweistufiges Beflammen mit Gas. Im ersten Durchgang wird oberflächlich angekohlt, im zweiten kann dann mit der thermischen Schutzwirkung der Holzkohle an der Oberfläche die gewünschte Eindringtiefe erzeugt werden. Die schwarzbraune Oberfläche benötigt so gut wie keine Pflege und Instandhaltung. Allerdings sollte man sich gut überlegen, an welchen Stellen man diese Technik einsetzt, denn schwarze Finger bekommt man beim Darüberstreichen allemal.

Vergrauung

Anstatt das Abwittern zu vermeiden, gibt es Möglichkeiten, den optischen Eindruck natürlich vergrauten Holzes bewusst und schnell herbeizuführen. Dabei kommen verschiedene Methoden zum Einsatz. Die einfachste ist, das Holz grau anzustreichen. Mit Holzlasur auf Basis einer wasserverdünnbaren Alkyd-Acrylatharz-Bindemittelkombination lassen sich Holzoberflächen in praktisch allen gewünschten Grautönen gestalten. Dabei entsteht von Beginn an der Eindruck einer natürlich und gleichmäßig vergrauten Holzoberfläche. Wird die Holzbeschichtung bewusst nicht weiter gepflegt, wittert sie gleichmäßig ab und legt die Holzoberfläche wieder frei, die sodann vergraut. So erhält man eine natürlich vergraute Fassade.

Der Vergrauungsprozess lässt sich auch mit einem zweikomponentigen Imprägnierkatalysator beschleunigen. Dabei entsteht eine silbergraue Holzoptik; die solchermaßen beschichteten Oberflächen sind hydrophob ausgelegt. Das Beschleunigungsverfahren eignet sich zur Beschichtung von Holzfassaden, Zäunen und anderen nicht maßhaltigen Holzbauteilen. Auch an Stellen, die nur wenig dem Sonnenlicht ausgesetzt sind – etwa Dachuntersichten und Fensterlaibungen – wird die weitgehend gleichmäßige Verwitterung beschleunigt. Die Reaktion ist je nach Luftfeuchtigkeit und Temperatur nach etwa zwölf Wochen abgeschlossen.

Thermoholz

Thermoholz ist – wie der Name vermuten lässt – ein thermisches Verfahren, Holz witterungsbeständig zu machen. Es kam Ende der 1990er Jahre erstmals in Finnland auf. Bei diesem Verfahren wird Schnittholz für 50 bis 90 Stunden Heißdampf von bis zu 220 Grad Celsius ausgesetzt. Durch die thermische Modifikation einer Teilpyrolyse wird der Aufbau des Holzes so verändert, dass Wasseraufnahme und Ausgleichsfeuchte entscheidend verringert werden, Quell- und Schwindverhalten reduzieren sich um etwa 70 Prozent. Bakterien und holzabbauende Pilze verlieren ihre Nahrungsgrundlage, da die Hemicellulose, der Holzzucker, abgebaut wird. Da die Modifikation über den ganzen Querschnitt erfolgt, kann man Thermoholz sogar schleifen. Dagegen nimmt ab einer Temperatur von 180 Grad Celsius die Festigkeit ab: Das Thermoholz wird spröde, lässt sich schlecht verarbeiten und ist für tragende Konstruktionen nur bedingt geeignet.

Während in Finnland zunächst nur Nadelhölzer thermisch behandelt wurden, spielen in Mitteleuropa die Laubhölzer wie Buche, Esche und Eiche inzwischen die wichtigere Rolle. Hitzebehandelte Buche erreicht etwa die Haltbarkeit von Teak und sieht sogar aus wie ein Tropenholz. Durch das Verfahren eignet sich Laubholz für Außenanwendungen wie Terrassen und Fassaden, ohne dass es jährlich imprägniert werden muss. Dank des stark reduzierten Quell- und Schwindmaßes ist es auch ein guter Baustoff für Zonen mit wechselnder Luftfeuchtigkeit wie Sanitär- und Wellnessbereiche oder Böden mit Fußbodenheizung.

Acetylieren

Beim Acetylieren wird Holz von Essigsäure durchdrungen, um die Aufnahmefähigkeit für Wasser zu senken. Dies geschieht in großen Drucktrommeln, in denen das Holz einen Tag lang in Essigsäure gebadet wird. Dadurch werden die Hydroxygruppen der Zellwand, die für die bereitwillige Wasseraufnahme und -abgabe verantwortlich sind, in Acetylgruppen übergeführt. Die innere Porenstruktur des Holzes verstopft, wodurch die Hygroskopizität und damit auch das Quellen und Schwinden vermindert werden. Mit diesem Verfahren aufbereitete Nadelhölzer sollen die Witterungsbeständigkeit tropischer Harthölzer übertreffen. Dieses Verfahren wurde bereits vor 15 Jahren vom niederländischen Holzforschungsinstitut shr entwickelt. Es konnte sich aber zunächst nicht durchsetzen, da Tropenholz preislich attraktiver und damals politisch noch tragbar war. Fünfzig Jahre garantierte Haltbarkeit verspricht man sich von acetyliertem Holz im Außenbereich, 25 Jahre dort, wo es in der Erde steckt.

Im Unterschied zu imprägniertem Holz kann acetyliertes Holz problemlos verbrannt werden. Nägel und Schrauben sollten allerdings aus Edelstahl sein, sonst sind sie schneller dahin als das Holz, das sie zusammenhalten sollen. Eine niederländische Firma, die das Patent erworben hat, erprobte im Jahr 2008 erstmals anhand einer Schwerlastbrücke die Eigenschaften des acetylierten Holzes in der Praxis. Die große Herausforderung für die nächsten zwei Jahre wird sein, es möglichst gut in den europäischen Festigkeitsklassen (EN 338) zu positionieren. Bis dahin werden ähnlich wie beim Thermoholz nicht tragende Anwendungen wie Verkleidungen, Fenster, Holzdecks und Gartenmöbel im Vordergrund stehen.

Text

Christoph Schindler
  • geboren 1973 in Erlangen
  • Partner der Zürcher Gestal­tungsfirma schindlersalmerón
  • studierte Architektur an der tu Kaiserslautern und pro­movierte an der eth Zürich über die historische Kontex­tualisierung digitaler Ferti­gungstechnik anhand des Holzbaus