Was Holz ist, weiß eigentlich jeder. Es entsteht am Baum und macht den Baum zu dem, was er ist: im Idealfall eine große, mächtige Pflanze mit einem langen, geraden Stamm und einer ausladenden, von zahlreichen Ästen und Zweigen gebildeten Krone, in der die Blätter (oder Nadeln) sich der Sonne entgegenstrecken. Hier, im Kronendach, läuft die Fotosynthese ab, der biochemische Prozess, der das Leben auf der Erde in seinen unendlichen Facetten, wie wir es heute kennen, erst ermöglicht hat. Bei der Fotosynthese entstehen aus Kohlendioxyd (CO2) und Wasser (H2O), unter der Einwirkung des Sonnenlichts als Energiequelle und dem Chlorophyll („Blattgrün“) als Katalysator, Zucker und Polysaccharide (C6H12O6) sowie, quasi als Abfallstoff, Sauerstoff (O2), auf den (fast) alle Lebewesen angewiesen sind.
Der Kreislauf im Baum
Nicht weniger wichtig als die Krone des Baumes und doch häufig übersehen und vergessen, ist sein Wurzelwerk, das ihn im Boden verankert und ihm die notwendige Stabilität gibt. Mit seinen Wurzeln entnimmt der Baum dem Boden Wasser und die zum Wachsen benötigten Nährstoffe und transportiert sie durch seine im Holz zu Wasserleitungsbahnen zusammengesetzten Gefäßzellen (Tracheen) bis zu den Blättern: Hier findet die Assimilation der ersten organischen Stoffe statt, aus denen der Baum anschließend die verschiedenen Bestandteile seines Holzes, seiner Rinde, sowie seiner Blätter und Früchte herstellt. Der Transport des Wassers und der Nährstoffe von den Wurzeln bis in die Blätter erfolgt durch einen Sog: Das überschüssige, dampfförmige Wasser verlässt die Blätter durch deren Spaltöffnungen, wobei Verdunstungskühle entsteht, die verhindert, dass die Pflanzen bei starker Sonneneinstrahlung überhitzen. Der durch die Verdunstung entstehende Unterdruck saugt das Wasser und die darin aufgelösten Nährstoffe förmlich durch die Wasserleitungsbahnen bis hinauf in die Baumspitze. In diesen sehr engen Gefäßen wirken auch Kapillarkräfte, die zusammen mit der Transpiration dafür sorgen, dass während der Vegetationsperiode permanent Wasser von der Wurzel bis in die Blattschicht getrieben wird. Hier gibt es physiologische Grenzen: Je höher der Baum, umso stärker die Schwerkraft, die auf die Wassersäule und gegen die Kapillarkräfte einwirkt. Reißt die Säule, ist die Wasserzirkulation unterbrochen, das Wachstum des Baumes gestoppt. So können auch Bäume nicht endlos in den Himmel wachsen und haben bei Höhen von etwa 110 Metern (Küstenmammutbaum in Nordamerika, Riesen-Eukalyptus in Australien) ihr Maximum erreicht.
Die in den Blättern gebildeten Assimilate (Polysaccharide) aus der Fotosynthese werden durch die Siebröhren (Phloem) des Bastes von den Blättern in den Baum und bis in die Wurzeln transportiert. Der empfindliche Bast wird durch die Rindenzellen und die Borke des Baumes gegen Einflüsse aus der Außenwelt – wie mechanische Verletzungen, zu starke Erwärmung oder auch Wasserverlust – geschützt.
Wie wächst der Baum?
Zwischen dem Holz des Baumes, in dem das Wasser nach oben in die Blattschicht transportiert wird und dem Bast, in dem die Assimilate über das Phloem in den Baum und seine Wurzeln transportiert werden, befindet sich das Kambium, ein in dauernder Zellteilung begriffenes Gewebe, das, zwischen Holz und Rinde eingelagert, für das Dickenwachstum des Baumes sorgt. Durch permanente Zellteilung bildet das Kambium nach außen den Bastteil (Phloem) des Baumes und nach innen seinen Holzteil (Xylem) und sorgt so für das Dickenwachstum des Stammes und damit die Holzproduktion. Aus den Assimilaten der Fotosynthese bildet das Kambium die verschieden Zellen und Gewebeverbände des Holzes: Gefäßzellen, Faserzellen und Speicherzellen. Während die langgestreckten Gefäßzellen aneinanderstoßen und so zu langen Wasserleitungsbahnen verschmelzen, festigen die toten Faserzellen das Holz und bestimmen so Härte, Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Holzes. Die Speicherzellen dienen der Speicherung und Leitung von Nährstoffen.
Zumindest in den klimatisch gemäßigten Breiten unseres Planeten ist die Vegetationszeit auf einen Teil des Jahres beschränkt und wird alljährlich durch die Winterruhe unterbrochen. Da das Kambium demnach nur während der Vegetationszeit aktiv ist und seine Zellteilungsaktivität während dieser Zeit auch noch variiert, kommt es beim Dickenwachstum des Holzes zur Bildung von Jahresringen. Innerhalb eines Jahresringes kann zwischen Frühholz und Spätholz unterschieden werden, wobei ersteres vor allem aus „großlumigen“, den Saftstrom rasch leitenden Gefäßzellen besteht, während letzteres aus „englumigen“ Zellen gebildet wird, die vor allem eine tragende, den Baum festigende Funktion haben. Die Anzahl der Jahresringe eines Baumes auf Bodenhöhe entspricht seinem Alter. Ihre Breite ist abhängig von verschiedenen Faktoren wie:
- Baumart
- Standort des Baumes
- Kronen- und Wurzelausbildung
- Niederschlag
- Art und Intensität der forstlichen Pflegeeingriffe (Durchforstungen)
Chemische Zusammensetzung des Holzes
Holz besteht zu fast 100 % aus den folgenden chemischen Elementen:
Kohlenstoff (C): ±50 %
Sauerstoff (O): ±43 %
Wasserstoff (H): ±6 %
Stickstoff (N): ±0,8 bis 1 %
Aus diesen Elementen bildet der Baum die drei Hauptbaustoffe des Holzes:
Zellulose: 42-51 %
Hemizellulose: 24-40 %
Lignin: 18-30 %
Zellulose als Grundsubstanz des Holzes bildet den Hauptbestandteil der Zellwände und bedingt die Zugfestigkeit des Holzes. Hemizellulose ist der Sammelbegriff für die übrigen in der Zellwand vorkommenden Polysaccharide.
Dagegen dient Lignin als kittender und versteifender Füllstoff des Holzes in den Zellwänden und wirkt dabei ähnlich wie Beton im Stahlbetonbau. Es dient der Druckfestigkeit des Holzes und zählt zu den mechanisch und chemisch widerstandsfähigsten Verbindungen.
Neben diesen Stoffen enthalten die Bäume noch Begleit- oder Extraktstoffe wie Gerbstoffe, Harze, Wachse, Farbstoffe und Mineralien (Asche) mit unterschiedlichen Funktionen. Die Anteile der verschiedenen Baustoffe variieren je nach Baumart. Besonders reich an Gerbstoffen ist insbesondere die Eichenrinde, wie sie zum Teil bis heute in spezialisierten Gerbereien zur Lederherstellung sowie für kosmetische Zwecke genutzt wird. Die vor allem im Ösling noch vorkommenden Louhecken (Eichenniederwälder) sind Zeugen dieser ehemaligen Form der Waldnutzung.
Physikalische Eigenschaften
Die Nutzungsmöglichkeiten von Holz sind sehr vielfältig: Es dient als Energieträger und als Baustoff, es wird zur Papier- und Pappeproduktion ebenso genutzt wie zur Herstellung von Möbeln, Treppen, Parkettböden, Paletten, Holzkisten oder auch Weinfässern. Als Klangholz ist es für die Herstellung von Musikinstrumenten eigentlich unverzichtbar. Dabei wird der Gesamtklang eines Instruments entscheidend von der Wahl des verwendeten Holzes bestimmt: Hier wirken Holzart (bei Geigen und Gitarren sehr oft die Fichte), aber auch Wachstumsgeschwindigkeit, Enge der Jahresringe, Art und Dauer der Lagerung des Holzes, Art und Qualität der Verarbeitung, Oberflächenbehandlung und das Können des Instrumentenbauers zusammen, damit ein klangschönes Musikgerät entstehen kann.
Als gewachsener Rohstoff zeichnet Holz sich durch eine große Vielfalt aus. Die mehr als 60.000 verschiedenen Baumarten, die weltweit und unter sehr unterschiedlichen ökologischen Bedingungen Holz produzieren, liefern dabei eine fast endlos anmutende Vielfalt an Holzarten, die auf sehr unterschiedliche Art und Weise genutzt werden. Die verschiedenen Eigenschaften des Holzes variieren dabei je nach Wachstumsbedingungen und weiterer Verarbeitung auch innerhalb einer Art.
Drei wesentliche Merkmale des Rohstoffes Holz sind Porosität, Anisotropie und Hygroskopie. Bei der Porosität handelt es sich um das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen: Die das Holz bildenden Gefäßzellen umschließen Hohlräume, und je nach Dicke der Zellwände und Durchmesser der Hohlräume fällt die Rohdichte des Holzes unterschiedlich aus. Das leichteste Holz ist das Balsaholz mit einer Dichte von etwa 200 kg/m3, im Vergleich dazu hat die (getrocknete) einheimische Buche eine Dichte von etwa 720 kg/m3, die Eiche gar 770 kg/m3. Aufgrund seiner Porosität ist Holz ein schlechter Wärmeleiter, oder anders ausgedrückt, ein guter Dämmstoff. Insbesondere für Häuser, die Niedrigenergie- oder Passivhaus-Standards erfüllen sollen, wird es auch aufgrund dieser Eigenschaft zum Baustoff der Wahl. Ein weiterer Vorteil der Porosität des Holzes besteht darin, dass es ein vergleichsweise leichter Baustoff ist: Wiegt ein Kubikmeter Bauholz etwa 470 kg (Fichte), so wiegt das gleiche Volumen an Beton etwa 1.800 kg, während es bei Ziegelsteinen 1.200 kg bis 1.900 kg/m3 sind. Diese Leichtigkeit macht Holz zu einem einfach zu transportierenden und zu verarbeitenden Baustoff. Dies ist, etwa im Rahmen von Nachverdichtungen des bebauten Raumes, beim Aufstocken von Gebäuden ein entscheidender Vorteil, da die tragenden Teile des Altbaus in der Regel eine zusätzliche statische Belastung durch Zusatzgeschosse in Massivbauweise nicht aufnehmen könnten.
Als Anisotropie des Holzes bezeichnet man die Abhängigkeit der Holzeigenschaften von seinen gewachsenen anatomischen Hauptrichtungen, wobei zwischen Längsrichtung (longitudinal) und Querrichtung (radial und tangential) unterschieden wird. So kommt es beim Trocknen von Holz in Längsrichtung zu einer maximalen Änderung von weniger als einem Prozent, während die Änderungen in Radial 10 bis 20 Mal, in Tangentialrichtung 15 bis 30 Mal so stark sind. Aufgrund dieses anisotropen Schwinden des Holzes kann es zur Bildung von Rissen kommen. Bei seiner Verarbeitung muss diese Dimensionsänderung berücksichtigt werden.
Die Hygroskopie des Holzes bedeutet die Eigenschaft, auf Änderungen der Lufttemperatur und -feuchtigkeit zu reagieren und Wasser zu binden oder abzugeben. Das Wasser kommt in zwei Formen im Holz vor: einmal als freies Wasser in den Hohlräumen der Gefäßzellen, dann aber auch als gebundenes Wasser in den Zellwänden. Trocknet Holz, so verschwindet zuerst das freie, in den Hohlräumen zirkulierende Wasser. Dann erst löst sich das gebundene Wasser von den Holzfasern, die bei fortschreitender Trocknung nicht mehr wassergesättigt sind, der Feuchtzustand des Holzes fällt unter den Fasersättigungspunkt. Erst ab diesem Moment schwindet das Holz, da mit zunehmendem Wasserverlust die Holzfasern kürzer und dünner werden. Läuft der Prozess in die entgegengesetzte Richtung, und bindet Wasser sich an die Holzfasern, so quellen diese auf und das Holz dehnt sich in Längs- und Querrichtung aus. Vor seiner weiteren Verwendung, nicht nur als Baustoff und im Möbelbau, sondern auch als Brennstoff, muss Holz getrocknet werden, damit es formstabil bleibt. Auch bei einer Nutzung als Brennstoff sollte es möglichst trocken sein, da das enthaltene Wasser bei der Verbrennung zu Wasserdampf wird, wozu eine erhebliche Wärmeenergie benötigt wird, die dann nicht mehr für Heizzwecke zur Verfügung steht.
Die Eigenschaft des Holzes, Feuchtigkeit abzugeben und wieder aufzunehmen, führt dazu, dass es als Baustoff zu einem gesunden und als angenehm empfundenen Raumklima mit einer relativ stabilen Luftfeuchtigkeit zwischen 30 und 55 % beiträgt.
Die verschiedenen Baumarten Luxemburgs
Gemäß der von der Natur- und Forstverwaltung organisierten Nationalen Waldinventur, die im Zeitraum 1998-2000 erstmals durchgeführt wurde und in einem etwa 10-jährigen Turnus wiederholt werden soll, sind Buche, Traubeneiche und Stieleiche sowie Fichte die Hauptbaumarten Luxemburgs. Die Laubholzarten nahmen im Zeitraum 2009-2011 etwa 56 % der Waldfläche (86.150 ha) ein, während der Anteil der Fichte bei 21 % lag.
Handelt es sich bei den Laubbaumarten Buche und Eiche um einheimische, d. h. natürlich in Luxemburg vorkommende Baumarten, so sind die Fichte, wie auch die anderen Nadelbaumarten wie Douglasie und Lärche, Arten die nicht spontan hier vorkommen würden, sondern zum Zweck der Holzproduktion vom Menschen eingebracht wurden.
Die jährlich entnommenen Holzmengen verteilten sich über den Zeitraum zwischen den beiden Inventuren wie folgt:
Buchenwälder: 92.000 m3/J
Eichenwälder: 21.000 m3/J
Fichtenwälder: 181.000 m3/J
Die Gesamtmenge an genutztem Holz belief sich dabei auf 444.000 m3/J.
Trotz dieser recht beeindruckenden Holzmengen, die unseren Wäldern alljährlich entnommen werden, um sie der holzverarbeitenden Industrie zuzuführen, ist es nicht so, dass die Wälder ärmer an Holz werden, im Gegenteil. Wie der Vergleich der beiden Inventuren zeigt, hat der Holzvorrat im Zeitraum von 2000 bis 2010 je nach Bestandsart, um 11 bis 26 % zugenommen. Es wurde also weniger Holz entnommen, als im gleichen Zeitraum nachwachsen konnte.
Holznutzung und Kreislaufwirtschaft
Dadurch, dass ihnen immer wieder Holz entnommen wird, funktionieren unsere Wälder als dynamisches Ökosystem, das fortwährend das Treibhausgas CO2 binden kann. So lange die Sonne scheint, die Atmosphäre CO2 bereithält, und den Bäumen ausreichend nährstoffhaltiger Boden zur Verfügung steht, in dem sie ihre Wurzeln ausdehnen können, werden die Wälder Holz liefern können. Die Holzvorräte sind demnach nicht endlich, sondern werden immer wieder erneuert und unterscheiden sich so grundlegend von anderen Rohstoffen, deren Vorräte begrenzt sind. Holz ist ein umweltfreundlicher, nachwachsender Rohstoff mit sehr vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.
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