B iologisch abbaubar, energiesparsam in der Herstellung und dennoch extrem robust: US-Forscher haben eine Methode zur Herstellung besonders widerstandsfähiger Holzwerkzeuge entwickelt. Deren Potenzial demonstrieren sie im Fachblatt „Matter“ anhand von Nägeln und einem Messer, das dreimal schärfer sein soll als solche aus gewöhnlichem Edelstahl.

Die derzeit schärfsten Messer seien entweder aus Stahl oder Keramik, schreibt das Team um Teng Li von der University of Maryland in College Park. Sie würden jedoch unter enormem Energieaufwand produziert, das sei nicht nachhaltig und zudem teuer. Umweltfreundlicher und kostengünstiger sind demnach wiederverwendbares Besteck und Werkzeug aus speziell gehärtetem Holz.

Am Beispiel von Lindenholz demonstrieren die Materialforscher, dass das von ihnen entwickelte, recht simple Verfahren Holz um den Faktor 23 härter macht. Generell werde Holz bei der Herstellung mit Dampf und Druck bearbeitet – für viele Zwecke sei das allerdings nicht ausreichend. Das begründen sie damit, dass Zellulose, der Hauptbestandteil von Holz, zwar hervorragende mechanische Eigenschaften habe, aber nur knapp die Hälfte des Gewichtsanteils ausmache. Daher gelte es, andere Bestandteile wie Hemicellulose und Lignin zu entfernen, ohne das Zellulose-Gerüst zu zerstören.

„Unser derzeitiger Gebrauch von Holz schöpft das volle Potenzial kaum aus“, so Li in einer Mitteilung der Zeitschrift. Der Prozess bestehe aus zwei Schritten. „Im ersten entfernen wir einen Teil des Lignins. Danach wird das eigentlich sehr steife Holz weich, flexibel und etwas schwammig. Im zweiten Schritt wenden wir bei dem verarbeiteten Holz Druck und Hitze an, um es zu verdichten und das Wasser zu entfernen“, erläutert der Wissenschaftler.

Danach wird das Holz in die gewünschte Form gebracht und mit Mineralöl behandelt, dadurch wird es wasserabweisend. So würden ein Holzmesser seine Schärfe auch nach regelmäßigem Spülen lange behalten. Untersuchungen unter dem Mikroskop belegen, dass die Methode Kanäle und Poren in dem gehärteten Holz weitgehend verschwinden lässt.

In Videos schneiden sie mit einem Holzmesser durch ein Steak und hämmern einen Holznagel durch drei übereinandergelegte Bretter aus Lindenholz. Neben den ökologischen Vorteilen, schreiben sie, seien die Holznägel im Gegensatz zu konventionellen Produkten rostfrei. Mit ihrem Verfahren wollen die Materialforscher weitere Anwendungen von gehärtetem Holz ermöglichen, etwa für besonders widerstandsfähige Fußböden.

Im Detail läuft der Härtungsprozess folgendermaßen ab: Nachdem das Holz in eine gewünschte Blockgröße gebracht ist, soll zunächst eine chemische Behandlung Hemicellulose und Lignin weitgehend entfernen. Dazu werden die Blöcke so lange in eine wässrige Lösung mit etwas Natriumhydroxid und Natriumsulfit gelegt, bis die Poren sich vollgesogen haben und das Holz zu Boden sinkt.

Danach wird die Lösung bei 100 Grad Celsius zum Kochen gebracht – je nach gewünschter Härtung für zwei bis sechs Stunden. Um die Chemikalien und das Restlignin zu entfernen, wird das Holz anschließend mit demineralisiertem Wasser abgespült. Danach werden die Blöcke bei Raumtemperatur mehrere Stunden lang gepresst, um den Großteil des Wassers zu entfernen, und schließlich erhitzt man sie bei 105 Grad, bis sie völlig trocken sind. Dann wird das gehärtete Holz 48 Stunden in – bei Bedarf lebensmittelechtes – Mineralöl getaucht, um es wasserabweisend zu machen.

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