Holz

Holz (von germanisch *hulta, aus idg. *kl̩tˀo) bezeichnet die feste bzw. harte Substanz des Stammes, der Äste und Zweige von Bäumen und Sträuchern. Es wird in den Pflanzen von den Zellen des Meristems gebildet. Kulturell gesehen zählen Gehölze zu den ältesten Nutzpflanzen. Als vielseitiger, insbesondere aber nachwachsender Rohstoff stellt Holz eines der wichtigsten Pflanzenprodukte dar.

Entstehung von Holz

Die Entstehung von Holzsubstanz findet in teilungsfähigen Zellen der Pflanze statt. Man unterscheidet hier zwei verschiedene Arten von Bildungsgeweben (Meristeme):

Das Scheitelmeristem (Vegetationskegel) sorgt für das Längenwachstum (primäres Wachstum) an den Spross-, Zweig- und Wurzelspitzen.
Das Kambium, welches sich zwischen Holz und Rinde befindet, sorgt für das sekundäre Dickenwachstum.
Bei der Teilung einer Kambiumzelle entstehen zwei gleiche Zellen, von denen jedoch nur eine ihre Teilungsfähigkeit behält und zu einer neuen Initialzelle heranwächst.
Aus der anderen wird eine Dauerzelle die sich noch ein- oder mehrmals teilt. Schließlich entsteht je nach Lage eine Bastzelle (Phloem), aus denen die Innenrinde und die daraus später entstehende Borke besteht, oder eine Holzzelle (Xylem). Hierbei ist zu beachten, dass die Zellteilung nach innen, also die Bildung von Holzzellen wesentlich öfter stattfindet und so der Rindenanteil am gesamten Stamm nur etwa 5 bis 15 % beträgt.
Nachdem sich die Dauerzelle ein letztes mal geteilt hat, findet eine Differenzierung der Holzzelle zu einer Leitungs-, Festigungs- oder Speicherzelle statt.

In unseren Breiten gibt es klimatisch bedingt vier Wachstumsphasen:

Ruhephase (November bis Februar)
Mobilisierungsphase (März, April)
Wachstumsphase (Mai bis Juli): Holzzellen, die in dieser Jahreszeit entstehen sind großlumig, dünnwandig und von heller Farbe und bilden das so genannte Frühholz.
Depositionsphase (August bis Oktober): Holzzellen, die in dieser Jahreszeit entstehen sind kleinlumig, dickwandig und von dunkler Farbe und bilden das so genannte Spätholz (bzw. Herbstholz).

Durch dieses zyklische Wachstumsverhalten entstehen Jahresringe, die deutlich in einem Querschnitt durch einen Stamm erkennbar sind (siehe auch Dendrochronologie).

Verkernung

Von der Verkernung von Holz spricht man, wenn die inneren Wasserleitbahnen des Stammes unterbrochen werden und die Zellen absterben. Dies geschieht bei Nadelhölzern durch Verschließen der Hoftüpfel und bei Laubhölzern durch eine Verthyllung und ein Füllen der Zelllumen in einem Alter von ca. 20-40 Jahren. Danach werden Kerninhaltsstoffe gebildet und in die Zellwände eingelagert, was oft zu einer Erhöhung der natürlichen Dauerhaftigkeit führt. Ist der Kernbereich deutlich durch eine dunkle Färbung zu erkennen, spricht man von Kernholzbäumen (z. B. Eiche, Walnuss, Kiefer, Kirschbaum, Douglasie, Lärche, Robinie ...).

Wenn kein Farbunterschied zu erkennen ist, aber über den verringerten Feuchtigkeitsgehalt darauf geschlossen werden kann, dass der Innenbereich verkernt ist, spricht man von Reifholzbäumen (z. B. Fichten, Tanne, Linde, Birnbaum, Rotbuche ...).

Bei Kern-Reifholzbäumen (z. B. Esche, Ulme ...) ist der Kern farblich abgesetzt, gefolgt von einem Reifholzbereich, der ebenso wie der Kern nicht mehr am Nährstofftransport teilnimmt, und einem äußeren Splintbereich.

Als Splintholz bezeichnet man den Bereich des Stammes, der aktiv am Wasser- und Nährstofftransport teilnimmt. Bei Splintholzbäumen (z. B. Bergahorn, Birke, Erle, Pappel, Spitzahorn, Weißbuche ...) ist es der ganze Stammquerschnitt. Er weist eine einheitliche Farbgebung auf und es findet keine Verkernung statt.

Datei:Quercus-cross-section.JPG
Abb. 1: Querschnitt durch einen Eichenstamm (Kernholzbaum).	Abb. 2: Querschnitt durch einen Kiefernstamm (Kernholzbaum).	Abb. 3: Querschnitt durch einen Fichtenstamm (Reifholzbaum).

Bestandteile

Im Durchschnitt besteht Holz aus:

Zellulose (40-50 %)
Lignin (20-30 %)
Hemicellulose (Polyosen) (20-30 %)
Akzessorische Bestandteile (auch Begleit-, Inhalts- oder Extrastoffe) (1-3 %, Tropenholz bis 15 %!): Fette, Stärke, Zucker, Eiweiß, Phenole, Wachse, Pektine, Gerbstoffe (nur bei Laubhölzern), Sterine, Harz, Terpene
Asche (0,1-0,5 %, Tropenholz bis 5 %)

Holzarten

Nadelholz

Entwicklungsgeschichtlich sind Nadelhölzer älter als Laubhölzer, haben daher einen einfacheren anatomischen Zellaufbau und besitzen nur zwei Zellarten.

Tracheiden: Langgestreckte (prosenchymatische) an den Enden spitz zulaufende Zellen, die nur mit Luft oder Wasser gefüllt sind. Sie haben einen Anteil von 90-100 % der Holzsubstanz. Über so genannte Tüpfelpaare bzw Hoftüpfel erfolgt der Wasseraustausch zwischen den Zellen. In radialer Richtung sorgen die Holzstrahlen (Quertracheiden) für den Wassertransport. Sie haben einen Anteil von 4-12 % an der gesamten Holzsubstanz.
Parenchymzellen: Meist rechteckige Zellen, die die Leitung von Nähr- und Wuchsstoffen sowie die Speicherung von Stärke und Fetten übernehmen. In radialer Richtung bilden sie ebenfalls Holzstrahlen und umgeben die Harzkanäle, hier spricht man dann auch von Epithelzellen. Diese Epithelzellen produzieren das Harz, welches sie in den Harzkanal ausscheiden. Auch Nadelbäume, die keine Harzkanäle besitzen (z.B. Tanne), können so im Falle einer Verwundung traumatische Harzkanäle bilden.

Die Nadelbäume Fichte, Lärche, Kiefer und Douglasie besitzen Harzkanäle, Eibe, Tanne und Wacholder nicht.

Laubholz

Die Zellen von Laubholz sind wesentlich differenzierter als die von Nadelholz. Man kann sie in drei funktionale Gruppen einteilen.

Leitgewebe: Gefäße (Tracheen), Gefäßtracheiden, vasizentrische Tracheiden. Die beiden letzteren sind Zwischenstufen in der Entwicklung von der Tracheide zum Gefäß.
Festigungsgewebe: Libroformfasern, Fasertracheiden
Speichergewebe: Holzstrahlenparenchymzellen, Längsparenchymzellen, Epithelzellen

Charakteristisch für Laubhölzer sind die in Nadelhölzern nicht vorhandenen Gefäße. Sie sind oft mit bloßem Auge als kleine Löcher im Holzquerschnitt und als Rillen im Tangentialschnitt zu erkennen. Man unterscheidet hier, je nach Anordnung dieser Tracheen, ringporige Hölzer (z. B. Eiche, Edelkastanie, Esche, Robinie, Ulme ...), halbringporige Hölzer (z. B. Nussbaum, Kirsche ...) und zerstreutporiger Hölzer (z. B.Birke, Erle, Linde, Pappel, Rotbuche, Weide ...).

Tropenholz

Der Begriff Tropenholz ist eher unpräzise und nicht alternativ zu Laub- oder Nadelholz zu verstehen. Er bezeichnet aus mitteleuropäischer Sicht die in den tropischen oder subtropischen Regionen der Erde wachsendes Edelholz. Viele tropische Hölzer zeichnen sich durch vorteilhafte mechanische Eigenschaften und höhere Beständigkeit gegen Bewitterung, Insekten- oder Pilzbefall aus, oftmals wird auch die Farbe oder Maserung als ansprechend empfunden. Der Konsum von Tropenholz wurde in den Industrieländern seit den 1970er Jahren kritisch diskutiert, da der Bestand der tropischen Regenwälder unter anderem durch Raubbau gefährdet ist. Andererseits stellt Holz einen wichtigen Wirtschaftsfaktor für viele tropische Länder dar und ist (wie auch in den gemäßigten Zonen) eine wichtige Einkommensquelle für die ländliche Bevölkerung.

Die höchste Entwaldungsrate durch Tropenholzabbau hat Indonesien: jährlich werden Wälder von der Größe der Schweiz vernichtet. Der letzte intakte Tropische Regenwald Asiens in West Papua ist durch illegalen Holzeinschlag gefährdet (vor allem Merbau). China und Japan sind die Hauptabnehmer.

Zum Schutz der Tropischen Regenwälder haben Umweltschutzorganisationen wie WWF, Greenpeace, NABU und BUND die FSC-Zertifizierung gegründet.

Andere Organisationen wie Pro Regenwald, Rettet den Regenwald und Watch Indonesia fordern den vollständigen Verzicht auf Tropenholz zum Schutz der letzten noch erhaltenen Regenwälder.

Beispiele: Mahagoni, Teak, Balsaholz, Palisander, Bangkirai (Yellow Balau), Bongossi, Abachi, Framiere, Merbau, Ramin, Afzelia, Wenge

Verarbeitung und Anwendungsgebiete

Holz ist einer der am vielseitigsten verwendbaren Rohstoffe überhaupt.

Es zählt zu den nachhaltigen Rohstoff- bzw. Energiequellen, da es durch Sonnenenergie in natürlichen Biotopen nachwächst.

Die leichte Bearbeitbarkeit und der damit verbundene niedrige Energiebedarf bei der Gewinnung und Verarbeitung spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der ökologischen Bewertung.

Holz als Bau- und Konstruktionswerkstoff

Die langfristige Nutzung von Holz als Werkstoff ist eine Komponente der CO₂-Speicherung und wirkt sich positiv auf die CO₂-Bilanz der Atmosphäre aus.

Vor- und Nachteile

Holz hat bei geringer Dichte eine hohe Steifigkeit und Festigkeit.

Holz ist relativ resistent gegen Chemikalien, so wird Holz erst bei einem pH-Wert unter 2 oder über 9 angegriffen.

Aufgrund seines geringen Wärmeleitvermögens quer zur Faserrichtung ist Holz ein hervorragendes Dämmmaterial.

Abweichende Wuchsmerkmale oder Holzfehler werden hinsichtlich der Festigkeit negativ gewertet, sind jedoch möglicherweise ästhetisch erwünscht.

Ein Nachteil von Holz ist seine Anfälligkeit gegenüber biotischen Faktoren, es kann also z. B. von Insekten, Pilzen oder Bakterien angegriffen werden und in seiner Substanz nachhaltig zerstört werden. Die Anfälligkeit ist nur teilweise an die Anwesenheit von Feuchtigkeit gebunden.

Ein weiterer Nachteil ist das sogenannte Arbeiten, also die Formänderungen des Holzes. Zum einen schwindet Holz prinzipiell mit zunehmendem Alter, und kann sich auch durch den Abbau der im lebenden Holz entstandenen Spannungen werfen. Zum anderen verursacht die hygroskopische Eigenschaft von Holz – d. h. es kann Wasser aufnehmen und abgeben – über die ganze Lebensdauer Verformung. Die Holzfeuchtigkeit gleicht sich dem Umgebungsklima an. Diese Feuchtigkeitsänderungen unterhalb des Fasersättigungspunktes gehen mit Formschwankungen einher (es quillt und schwindet), die überdies stark abhängig von den drei anatomischen Grundrichtungen des Holzes sind: Holz schwindet quer zur Faserrichtung am meisten. Genaueres siehe Abschnitt Aufbau der Zellwand weiter oben.

Die meisten dieser Nachteile lassen sich durch den sogenannten konstruktiven Holzschutz - die Anwendung oft alten Wissens, wie Holz zu verbauen ist - weitgehend ohne Holzschutzmittel vermeiden. Eine neue Möglichkeit, Holz gegen Feuchtigkeitseinflüsse unempfindlicher zu machen, ist der Thermoholz-Prozess.

Die Brennbarkeit von Holz ist ein Nachteil beim Einsatz als Bau- und Konstruktionswerkstoff. Zur Brandgefährlichkeit von Holzhäusern ist jedoch anzumerken, dass Holz bei großen Querschnitten als brandhemmend eingestuft wird, da auf seiner Oberfläche unter Feuereinwirkung eine Kohleschicht entsteht, die die Wärmeeinwirkung auf das Innere tragender Balken vermindert. Durch Bauweise und durch bestimmte Anstriche lässt sich die Widerstandsdauer einer Holzkonstruktion weiter steigern. Die Gebäudestabilität sinkt im Brandfall nur langsam und abschätzbar durch die Abnahme des tragenden Volumens. Bei Stahlkonstruktionen kann demgegenüber der temperaturbedingte Festigkeitsverlust zum plötzlichen Zusammenbruch führen.

Über einen langen Zeitraum schädigt Ultraviolettstrahlung das Holz. Dabei zersetzt sich das Lignin (Kittsubstanz) und wird nachfolgend z. B. von Regenwasser ausgewaschen. Zudem wird das Holz unter UV-Einwirkung grau. Die Wirkung des Sonnenlichts ist auf die äußeren Schichten begrenzt, ihr kann durch pigmenthaltige Lasuren bzw. Lackierung begegnet werden.

Holz als Baustoff

Holz ist einer der ältesten Baustoffe und ist lediglich durch seine Brandgefährlichkeit aufgrund offener Feuerungen und Kriege zurückgedrängt worden.
In letzter Zeit erlangt Holz als Baustoff wieder eine stark steigende Bedeutung, da es sich gut mit ökologischer und nachhaltiger Wirtschaftsweise verträgt und darüber hinaus gute baubiologische Eigenschaften hat.

Im Unterschied zu Metallen ist Holz elektrisch nicht leitfähig. Aus diesem Grund baute man in den dreißiger Jahren zahlreiche Sendetürme für Mittelwellensender aus Holz, wobei der Antennendraht im Innern des Turmes aufgehängt wurde. Mit Ausnahme des Sendeturms des Sender Gleiwitz wurden alle diese Bauwerke entweder am Ende des 2. Weltkriegs zerstört oder inzwischen abgerissen. Weiterhin nutzt die Deutsche Telekom AG in Brück zwei 54 Meter hohe Holztürme, die ohne Verwendung von Metallteilen hergestellt wurden. Diese dienen zur Aufnahme von auszumessenden Antennen. Durch die metallfreie Konstruktion der Türme ist ein ungestörtes Ausmessen der Antennendiagramme möglich.

Prinzipiell steht dem Bau selbst von Hochhäusern aus Holz nichts entgegen; dies ist aber aus statischer Sicht nur für die obersten Etagen gebräuchlich.
Das höchste Holzgebäude der Welt steht in Magdeburg, Deutschland. Es handelt sich um den Jahrtausendturm (eröffnet 1999 im Rahmen der Bundesgartenschau auf dem Gelände des Elbauenparks). Das höchste europäisch, wirtschaftlich genutzte Haus mit 5 Stockwerken steht in Espoo in Finnland. Der Bau wurde hauptsächlich von dem finnischen Unternehmen finnforest geleitet und im Jahre 2005 abgeschlossen.

Holz kann in roher oder verarbeiteter Form zur thermischen Isolation (Dämmstoff) eingesetzt werden (z. B. Faserdämmplatten, Balsa zur Isolation von Flüssiggastanks).
Holzfaserplatten haben auch gute akustische Dämmeigenschaften. Mitteldichte Faserplatten (MDF) setzt man bei der Altbausanierung zur Trittschalldämmung ein.

Holz wird als Bauholz, zur Aussteifung von Baugruben, als Schalung sowie für Masten und Holz-Bahnschwellen zur Körperschalldämpfung auf Brücken und über Tunnelbauten eingesetzt.
Früher wurde Nadelholz zum Grubenausbau verwendet, da es im Gegensatz zu Laubholz vor dem Brechen Geräusche abgibt.

Holz wird zur Herstellung von Behältern und Silos zur Aufbewahrung aggressiver Salze verwendet.

Die zunehmende Verwendung von Leimholzträgern in Hallenkonstruktionen ist durch Unglücksfälle in die Diskussion geraten, die Festigkeitsverluste beruhten jedoch auf Feuchtigkeitseinfluss. Die Tragfähigkeitsreserven der Konstruktionen sind in der Regel derart hoch, dass bei regelmäßiger Inspektion keine Risiken bestehen.

Holz als Konstruktionswerkstoff

Holz hat als Konstruktionswerkstoff aufgrund abnehmender fossiler Rohstoffe eine wieder zunehmende Bedeutung. Es hat bei vergleichsweise geringer Dichte eine hohe Steifigkeit und geringe Kriechneigung bei dauernder Biegebeanspruchung. Es lässt sich gut bearbeiten und hat vorteilhafte ästhetische und ergonomische Eigenschaften.

Tischlerholz: Schnittholz, Bretter, Material für Möbel und für Rahmenkonstruktion im Fenster-Bau
Klangholz für Musikinstrumente
Verarbeitetes Holz in Form von Leimholzplatten, Tischlerplatten und Furnier
Ausgangsstoff für Holzwerkstoffe wie beispielsweise Spanplatten, Faserplatten verschiedener Dichte oder Sperrholz
Werkzeuggriffe und -stiele
Werkstoff für eine Vielzahl von Sportgeräten

Recycling, stoffliche und energetische Nutzung

Holz kann in reiner Form problemlos durch Kompostierung oder Verbrennung bei gleichzeitiger Energiegewinnung entsorgt werden. Alt- und Abfallholz wird zunehmend als Brennmaterial in Biomassekraftwerken zur regenerativen und CO₂-neutralen Energiegewinnung genutzt. Eine weitere Recycling-Methode ist die Hochtemperatur-Verschwelung.

Holz wird aus verschiedenen Gründen wieder zunehmend energetisch genutzt. Brennholz weist als nachwachsender Rohstoff eine gute Ökobilanz auf, wenn es nachhaltig angebaut und gewonnen wird. Holz findet Verwendung als Brennstoff in Holzöfen.
Durch die Entwicklung automatisierter Befeuerungsanlagen für Holzpellets oder Hackschnitzel ist Holz als Brennstoff inzwischen nicht nur ökonomisch, sondern auch hinsichtlich des Komforts der Verbrennung von Öl oder Gas überlegen.

Mittels der Hochtemperaturverschwelung können aus Holz und anderen organischen Stoffen viele chemische Grundstoffe hergestellt werden, die fossile Quellen ersetzen. Sie stellt zugleich eine stoffliche Nutzbarkeit von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen dar, die mit Rückgang der fossilen Energieträger stark an Bedeutung gewinnen wird.

Weitere stoffliche Anwendungen:

Räucherholz (Rauchherstellung durch Verschwelung) zur Lebensmittelkonservierung
Rohstoff für Zellstoff, aus dem u.a. Papier und Zelluloseprodukte wie Zelluloid und Viskosefasern hergestellt werden
Rohstoff für chemische Erzeugnisse wie Teer, Holzkohle
Ausgangsmaterial für die Herstellung von Branntwein, siehe Holzbranntwein

Siehe auch

Holzeigenschaften – über Holz als Bau- und Werkstoff
Schnittholz – Einteilung von Nutzholz nach dem Format
Forstwirtschaft – Bewirtschaftung von Forsten zur Produktion von Holz
Holzbearbeitung - Bearbeitung von Holz und Werkstoffen aus Holz (Spanplatten etc.)

Literatur

DIN 68364: Kennwerte von Holzarten
Fengel, Wegener: Wood - Chemistry, Ultrastructure, Reactions, www.forstbuch.de, ISBN
Gaebeler: Die Frühgeschichte der Sägemühlen als Folge der Mühlendiversifikation, ISBN
Grosser, D.: Die Hölzer Mitteleuropas - Ein mikrophotographischer Holzatlas, www.forstbuch.de, ISBN
Hasel, Schwartz: Forstgeschichte - Ein Grundriss für Studium und Praxis, ISBN
Hofmeister: Lebensraum Wald, ISBN
R. Bruce Hoadley: Holz als Werkstoff, O. Meier Verlag, Ravensburg 1990, ISBN
P. Niemz: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe, DRW-Verlag, Stuttgart 1993, ISBN
Wagenführ Holzatlas, Fachbuchverlag Leipzig, Leipzig 1996, ISBN
H.H. Bosshard Holzkunde Teil 1-3, Birkhäuser Verlag, Stuttgart 1982, ISBN
Paul Lehfeldt: Holzbaukunst [Reprint], Reprint-Verlag Leipzig, Leipzig und Holzminden o.J., ISBN-X
Anselm Spring, Maximilian Glas: Holz. Das fünfte Element, Frederking & Thaler, München 2005, ISBN
Udo Mantau, Jörg Wagner, Janett Baumann: Stoffstrommodell HOLZ: Bestimmung des Aufkommens, der Verwendung und des Verbleibs von Holzprodukten, Müll und Abfall 37(6), S. 309 -), ISSN 0027-2957
Schuster: Wald und Holz - Daten aus der Geschichte der Nutzung und Bewirtschaftung des Waldes, der Verwendung des Holzes und wichtiger Randgebiete, ISBN
Chudnoff, M.: Tropical Timbers of the World, USDA Forest Service Handbook # 607, 466 p.

Weblinks

Wiktionary: Holz – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wikiquote: Holz – Zitate

Commons: Holz – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Allgemein

Holzarten

Wissenschaft