Forscher der Aalto University haben einen biobasierten Klebstoff entwickelt, der formaldehydhaltige Klebstoffe im Holzbau ersetzen kann. Der Hauptrohstoff des neuen Klebstoffs ist Lignin, ein Strukturbestandteil von Holz und ein Nebenprodukt der Zellstoffindustrie, das normalerweise nach der Holzverarbeitung verbrannt wird. Als Alternative zu Formaldehyd bietet Lignin eine gesündere und kohlenstofffreundlichere Möglichkeit, Holz im Bauwesen zu verwenden.
Der CO2-Fußabdruck des Holzbaus ist deutlich geringer als der des Betonbaus, und der Holzbau wurde oft auch als besser für die Gesundheit der menschlichen Bewohner angesehen. Holzplatten verwenden jedoch immer noch Klebstoffe aus fossilen Rohstoffen. Sie enthalten Formaldehyd, das insbesondere für die Mitarbeiter in der Klebstoffherstellung gesundheitsschädlich sein kann. Auch Menschen, die in Gebäuden wohnen oder diese besuchen, können giftigem Formaldehyd aus Holzplatten ausgesetzt sein.
Lignin hingegen stammt aus Holz selbst. Es bindet Zellulose und Hemizellulose zusammen und verleiht dem Holz seine zähe, starke Struktur. Lignin macht etwa ein Viertel des Holzgewichts aus und wird in großen Mengen in der Zellstoff- und Bioverarbeitungsindustrie produziert. Nur zwei bis fünf Prozent des produzierten Lignins werden verwendet, der Rest wird in Fabriken zur Energiegewinnung verbrannt.
Bisher waren langwierige und chemikalienintensive Vorbehandlungen notwendig, um Lignin in Klebstoffen einzusetzen. Der von Forschern der Aalto-Universität entwickelte Klebstoff kann gereinigtes Kraftlignin verwenden, und die chemische Reaktion zur Herstellung des Klebstoffs dauert nur wenige Minuten statt bis zu 10 Stunden. Es ist keine zusätzliche Erwärmung des Rohmaterials erforderlich, was den Energieverbrauch senkt. Die einzigen Nebenprodukte des Prozesses sind Salz und Natriumhydroxid oder Lauge.
Monika Österberg, Professorin an der Aalto University School of Chemical Engineering, betont, dass dies eine wichtige Entwicklung sowohl für die Umwelt als auch für die Industrie ist.
„Die Verwendung von Lignin als Material kann die Kohlendioxidemissionen reduzieren und den Verarbeitungswert von Wäldern erhöhen. Deshalb hat die Erforschung von Lignin für uns an der Aalto-Universität eine wichtige Priorität.“
Doktorand Alexander Henn erklärt, dass verleimte Holzplatten wie Sperrholz und Spanplatten zunehmend für Wände, Decken und Fußböden verwendet werden.
„Deshalb ist es wichtig, die Nachteile von Holzwerkstoffplatten-Klebstoffen zu überwinden und die neue Innovation zu einem kommerziellen Produkt weiterzuentwickeln. Dies würde eine Verlagerung hin zu mehr Holzbau als starkem und hitzebeständigem Klebstoff aus natürlichen Materialien ermöglichen macht das Bauen wirklich ökologisch und sicher.“
Die Innovation ist ein großer Fortschritt für die Forst- und Leimindustrie, da der Ligningehalt früherer Klebstoffe relativ niedrig war (etwa 20-50 Prozent), während die neue Innovation der Aalto-Universität einen Ligningehalt von über 90 Prozent aufweist. Der Klebstoff ist stark und ungiftig und schützt Oberflächen vor Feuer, sodass er sogar als Flammschutzmittel verwendet werden kann.
Laut den Forschern kann Lignin auch als Rohstoff für Anwendungen wie Beschichtungen und Verbundwerkstoffe verwendet werden. Die Forschungsarbeiten werden im Labor fortgesetzt, und verschiedene Kommerzialisierungsmöglichkeiten werden wahrscheinlich in Zusammenarbeit mit LignoSphere Oy, einem Spin-off der Aalto-Universität, untersucht.
Diese Forschung wurde im August 2022 in der Zeitschrift veröffentlicht Grüne Chemie.
„Ein starker und hitzebeständiger Klebstoff macht den Holzbau wirklich ökologisch und sicher“, sagt Doktorand Alexander Henn.
K. Alexander Henn et al, Grenzflächenkatalyse und Lignin-Nanopartikel für starke feuer- und wasserbeständige Verbundklebstoffe, Grüne Chemie (2022). DOI: 10.1039/D2GC01637K