Holz
Holz ist ein nachwachsender Rohstoff, der uns ständig begegnet. Es gibt verschiedene Holzarten, die unterschiedlich zusammengesetzt sind und somit verschiedene Eigenschaften aufweisen. Holz lässt sich nicht nur zu Möbeln verarbeiten. Aus Holz kann man Papier, Alkohol und sogar Fasern für die Textilindustrie gewinnen.
Es ist erstaunlich, dass der kleinste Baum der Erde (die Zwergweide) nur 2 cm, die größten/höchsten Bäume (Küstenmammutbäume) dagegen bis 120 m hoch sind.
Allgemeines über Holz
Holz ist ein erneuerbarer, nachwachsender Rohstoff und ein wichtiger Energielieferant. Holz wird nicht nur als Bauholz und für die Herstellung von Möbeln genutzt, sondern ist auch ein wichtiger Rohstoff z. B. für die Papierindustrie und die Chemieindustrie.
Etwa 21 % der Erdoberfläche sind mit Wäldern bedeckt, in der BRD sind es etwa 30 % der Fläche. Die jährliche Biomasseproduktion der Erde beträgt 150-200 Mrd. t, davon sind über 90 % Holz. Der weltweite Holzeinschlag betrug im Jahr 2006 etwa 1,7 Mrd. m3 als Industrie- und Bauholz sowie ca. 1,9 Mrd. m3 als Brennholz. Dabei wird aber Raubbau an den Naturwäldern nicht nur in den Tropen, sondern auch in der sibirischen Taiga sowie in den skandinavischen und nordamerikanischen Nadelwäldern verübt. Das in diesem Zusammenhang besonders in den Tropen praktizierte Anlegen von Holzplantagen mit dem Anbau von schnell wachsenden Bäumen als Rohstoffquelle oder von Ölpalmen zur Gewinnung von Palmöl ist aber wegen ihres Monokultur-Charakters mit erheblichen ökologischen Risiken verbunden.
Zusammensetzung von Holz
Chemisch gesehen besteht Holz hauptsächlich aus drei Komponenten (Mengenangaben gelten für Nadelholz): 45-50 % Cellulose, 15-20 % Hemicellulose und 25-30 % Lignin.
Cellulose und Hemicellulose sind beides Polysaccharide, sie bilden lange Fasern und verleihen dem Holz Festigkeit und Härte. Lignin ist ein kompliziertes aromatisches Polymer, das zwischen den Cellulosefasern eingelagert ist und dem Holz seine Biegefestigkeit verleiht.
Der charakteristische Geruch von frisch geschnittenem Holz, besonders bei Nadelbäumen, stammt von Harzen und Ölen (Terpentinöl). Früher wurden aus Kiefernharz auch verschiedene Chemierohstoffe gewonnen.
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Der Querschnitt zeigt die Jahresringe im Holz. Jedes Jahr kommt ein neuer Ring hinzu.
MEV Verlag, Augsburg
Holz als Rohstoff
Die Cellulose ist Ausgangsprodukt für die Herstellung von Papier und Pappe. Zur Gewinnung der Cellulose bzw. des Zellstoffs werden die Hemicellulosen und das Lignin mit Chemikalien aus dem Holz herausgelöst (Sulfitverfahren, Sulfatverfahren). Geringe Ligninreste, die nicht aus dem Zellstoff herausgelöst werden, verursachen ein Vergilben von weißem Papier. Deshalb wurden früher mittels Chlorbleiche diese störenden Ligninreste zerstört. Wegen der starken Umweltbelastung durch die Chlorbleiche setzt man heute andere Bleichverfahren ein.
Aus Cellulose werden auch Chemiefasern (z. B. Viskosefasern, Acetatseide) und Kunststoffe hergestellt.
Durch Veresterung der Cellulose mit Salpetersäure erhält man Cellulosenitrat (unkorrekt als Nitrocellulose bezeichnet), das als Sprengstoff dient.
Cellulose findet auch in der Lebensmittelindustrie (z. B. für Kunstdärme) und in der Pharmazie (z. B. Zusatzstoff in Tabletten) vielfältige Verwendung.
Durch Säuren kann man Cellulose zu der Monomeren-Einheit Glucose abbauen (Holzverzuckerung) und letztere wird dann von Hefen zu Ethanol vergoren (Holzspiritus).
Aus dem abgetrennten Lignin werden ebenfalls verschiedene Grundstoffe gewonnen.
Holzkohle erhält man durch Erhitzen von Holz unter Luftabschluss (Verkokung) bei 350-400 °C. Sie wird nicht nur zum Grillen verwendet, sondern hat auch gegenüber dem Steinkohlenkoks bei der Nutzung in der Metallurgie den Vorteil, dass sie frei von Schwefel ist. Holzkohle dient auch als Rohstoff zur Herstellung verschiedener Chemikalien (z. B. Schwefelkohlenstoff, Aktivkohle) und von Schwarzpulver. Zeichenkohle gewinnt man z. B. durch Verkoken von Zweigen des Pfaffenhütchens in verschlossenen Behältern.
Analog wie Kohle kann man Holz mit einem Gemisch aus Wasserdampf und Luft oder Sauerstoff zu Synthesegas (Gemisch aus Wasserdampf und Kohlenstoffmonooxid) vergasen, aus dem dann Benzinkohlenwasserstoffe als Treibstoffe gewonnen werden können. Diese als BTL-Verfahren (biomass to liquid) bezeichnete Technologie wird als eine der wichtigsten Varianten der Treibstoffversorgung für Autos in der Zukunft angesehen.
Acetyliertes Holz
Die OH-Gruppen der Cellulose können mit Essigsäure verestert werden. Das so erhaltene acetylierte Holz kann keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen und ist somit dimensionsstabil. Weiterhin ist es resistent gegen den Befall durch Insekten und Pilze. Es eignet sich daher sehr gut zur Herstellung besonders hochwertiger Gebrauchsgegenstände.
Der kleinste Baum der Erde, die Zwergweide, ist nur 2-5 cm groß. Dieser „Minibaum“ ist allerdings nicht als solcher zu erkennen und wächst in Gebirgen erst ab einer Höhe von 1 500 m.
Die mit annähernd 120 m Höhe größten Bäume der Welt, die Küstenmammutbäume, sind dagegen gigantische Vertreter.
