Dirk Berthold Fraunhofer WKI, Abteilung Verfahrenstechnik Holzwerkstoffe. Fraunhofer WKI Dirk Berthold NHN - Buchentagung, 11.

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1 Span- und Faserplatten aus Buche Dirk Berthold Fraunhofer WKI, Abteilung Verfahrenstechnik Holzwerkstoffe

2 Ausgangssituation Große Vorräte an überaltertem Buchenholz (20% des Vorrats) Nutzung von gerade mal 40% des jährlichen Buchenholzpotenzials Das Aufkommen von altem Buchenholz wird stark zunehmen Es fehlt an vielfältigen stofflichen Nutzungskonzepten

3 Ausgangssituation [Mio. m 3 ] Buchenvorräte im Hauptbestand (alle Länder 2002) % Nutzung 90 16% % 71 8% I (0-20) II (21-40) III (41-60) IV (61-80) V (81-100) VI ( ) VII ( ) VIII ( ) IX+ (> 160) [AKL] (BMELV, 2004)

4 Ausgangssituation Große Vorräte an überaltertem Buchenholz (20% des Vorrats) Nutzung von gerade mal 40% des jährlichen Buchenholzpotenzials Das Aufkommen von altem Buchenholz wird stark zunehmen Es fehlt an vielfältigen stofflichen Nutzungskonzepten Großflächiger Unterbau von Nadelholzbeständen mit Buche Hohes Aufkommen an Buchenschwachholz in der Zukunft Konzepte für eine stoffliche Nutzung!?

5 Projekte Stoffliche Nutzung minderwertiger Buche BMBF-Projekt Buche-Küstentanne : Entwicklung von strukturorientierten Holzwerkstoffen aus Buche Interne Vorlaufforschung: Möglichkeiten einer stofflichen Verwendung des Holzes überalterter Buchen-Bestände für eine Optimierung der Wertschöpfung BMBF-Projekt Nachhaltiges Landmanagement (BEST): BEST - Bioenergie Regionen Stärken / Cluster IO-K: Innovation und Optimierung Kakadennutzung FNR-Projekt: Scrimber-Wood

NHN-Projekt Buche-Küstentanne BMBF-Förderschwerpunkt Nachhaltige Waldwirtschaft : Verwertungsorientierte Untersuchungen an Buche und Küstentanne aus

Verwertung: Entwicklung innovativer Verfahren zur stofflichen Verwertung von qualitativ minderwertigem Buchenholz und der zukunftsfähigen Küstentanne in

6 NHN-Projekt Buche-Küstentanne BMBF-Förderschwerpunkt Nachhaltige Waldwirtschaft : Verwertungsorientierte Untersuchungen an Buche und Küstentanne aus nachhaltig bewirtschafteten Mischbeständen zur Herstellung innovativer und zukunftsfähiger Holzprodukte und Holzwerkstoffe Projektziel: Stoffliche Verwertung: Entwicklung innovativer Verfahren zur stofflichen Verwertung von qualitativ minderwertigem Buchenholz und der zukunftsfähigen Küstentanne in Form neuer Holzprodukte Erhöhung der Wertschöpfung und Erweiterung des Einsatzspektrums von Buchen-Durchforstungsholz durch Entwicklung neuer innovativer Holzwerkstoffe

NHN-Projekt Buche-Küstentanne Teilprojekt des WKI: Entwicklung von

und Maxi Chip OSB aus Buchen-Strands Herstellung von Buchen-Strands (Maxi

OSB unter Variation der (Optimierungsziel): - Klebstoffanteile -

7 NHN-Projekt Buche-Küstentanne Teilprojekt des WKI: Entwicklung von strukturorientierten Holzwerkstoffen aus Buche Durchforstungsholz Strands und Maxi Chip OSB aus Buchen-Strands Herstellung von Buchen-Strands (Maxi Chips / Strands) mit und ohne thermische Vorbehandlung Herstellung von OSB unter Variation der (Optimierungsziel): - Klebstoffanteile - Rohdichte - Stranddichte - Anteile der Holzarten Messung der VOC- und Formaldehyd-Emissionen

8 NHN-Projekt Buche-Küstentanne Teilprojekt Prof. Kharazipour, Göttingen: Verwertungsorientierte Untersuchungen an Buche und Küstentanne zur Herstellung von Span- und MDF-Platten Abies Grandis Fagus sylvatica Durchforstungs- Holz Späne Span- und MDF-Platten Spanplatten aus 100% Küstentannen-Spänen Sandwichplatten (Zwitter-Spanplatten aus Buche & Küstentanne) MDF-Platten aus 100% Küstentannen-Fasern

Interne Vorlaufforschung Nutzung alter Buche Ziel einer

Buchenwertholzes Umtriebszeiten von ~ 120-140 Jahren ( Ziel-BHD >

448 ha) der Buchen-Bestände >140 Jahre Vorräte: - in der AKL

9 Interne Vorlaufforschung Nutzung alter Buche Ziel einer wertoptimierten Buchenwirtschaft: Erzeugung stark dimensionierten Buchenwertholzes Umtriebszeiten von ~ Jahren ( Ziel-BHD > 60) 6 % ( ha) der Buchen-Bestände >140 Jahre Vorräte: - in der AKL rund 71 Mio. m 3 (12 %) - in den Beständen >160 Jahre 45 Mio. m 3 (8 %) insgesamt 116 Mio. m 3 bzw. 20 % des Buchenvorrats!

10 Interne Vorlaufforschung Nutzung alter Buche Entwicklung stofflicher Nutzungsalternativen für qualitativ Buchenstammholz minderwertiges Buche (168 jährig, RFö. Königslutter) Starre Segmentierung (á 1 m) Qualitative Sortierung der Segmente Herstellung von OSB und Zellstoff aus unterschiedlich stark degradiertem Buchenholz

11 Mechanische Eigenschaften (Ref.: DIN EN 300 / OSB 2) E-M odul / Biegefestigkeit Querzug -/ Biegefestigkeit , ,8 0,6 0,4 0, ,0 0 unterer Stam m abschnitt Stam m absch nitt: 1-2m unterer Stamm abschnitt Stamm abschnitt : 1-2m E- M odul [N/ m m²] Bie gef est igkeit [N/m m²] Q uerzug [N/ mm²] Biegef est igkeit [N/ m m²] E_Modul Biegefestigkeit EN 310 Querzugfestigkeit Biegefestigkeit EN 310

12 Hygrische Eigenschaften (Ref.: DIN EN 300 / OSB 2) Quellung 2h / 24h Wasseraufnahme 2h / 24h un terer Stammab schnit t Stammab schn it t: 1-2m Q uellung 2h [% ] Quellung 2 4h [% ] W asseraufnahm e 2h [% ] 0 unterer Stamm ab schnitt Stam m absch nitt: 1-2m h Quellung 24h Quellung 60 W asseraufnahm e 24h [% ] 2h Wasseraufnahme 24h Wasseraufnahme

13 BMBF-Projekt Nachhaltiges Landmanagement

14 BMBF-Projekt Nachhaltiges Landmanagement IO-K 1 Holzverbundwerkstoffe Marcus Müller, Andreas Krause, Holger Militz Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte Georg-August-Universität Göttingen

15 IO-K1: Arbeitspaketziele Entwicklung marktfähiger Produkte aus Wood-Polymer Composites (WPC) Verarbeitung von Spänen aus minderwertigen Buchenholzsortimenten Verarbeitung von Spänen aus Kurzumtriebsplantagen (Pappel und Weide) Optimierung von Verarbeitungs- und Eigenschaftsparametern

16 IO-K1: Verarbeitung und Prüfung Trocknung Extrusion/Granulierung Plattenerzeugung Biegeprüfung nach EN ISO 78

17 IO-K1: Ergebnisse/Biegeprüfung Biegefestigkeit [MPa] Pappel 1mm Pappel 1mmHV Weide 1mm Weide 1mmHV Buche jung 1mm Buche jung 1mmHV Buche alt 1mm Buche alt 1mmHV Pappel 6mm Pappel 6mmHV Weide 6mm Weide 6mmHV Buche jung 6mm Buche jung 6mmHV Buche alt 6mm Buche alt 6mmHV Buche leicht erhöhte Werte im Vergleich zu Pappel und Weide Kein Unterschied zwischen 1mm und 6mm Partikelgröße Einsatz von Haftvermittler ist obligatorisch

18 IO-K1: Fazit/Ausblick Einsatz von geringwertiger Buche und KUP-Holz (Pappel und Weide) möglich Vergleichbare Werte (Biegefestigkeit) mit Referenzformulierung (Fichte) Optimierung des Verarbeitungsverfahrens und der Materialeigenschaften

19 BMBF-Projekt Nachhaltiges Landmanagement IO-K 2 Buchensandwichplatten Franziska Friese, Alireza Kharazipour AG Chemie und Verfahrenstechnik für Verbundwerkstoffe Georg-August-Universität Göttingen

20 IO-K2: Arbeitspaketziele Entwicklung marktfähiger Buchensandwichspanplatten aus geringwertigem Buchenholz und Holz aus Kurzumtriebsplantagen in Kombination mit Fichtenspänen in der Deckschicht für die holzverarbeitende Industrie Zunehmende Bedeutung der Buche in der Forstwirtschaft Verdacht auf kanzerogene Buchenschleifstäube bei Produktion von Buchenspanplatten Buchensandwichplatten Nutzungskonflikt zwischen energetischem und materiellem Einsatz von Buchenholz mit Anteilen von Kurzumtriebsplantagen -holz Knappheit von Nadelholz

21 IO-K2: Ergebnisse

22 IO-K2: Ergebnisse

23 BMBF-Projekt Nachhaltiges Landmanagement IO-K 3 Extradichte Faserplatten Dirk Berthold, Volker Thole Abteilung: Verfahrenstechnik Holzwerkstoffe Fraunhofer Institut für Holzforschung - WKI

24 IO-K3: Arbeitspaketziele Faserherstellung aus minderwertigem Buchenholzsortimenten sowie aus KUP-Holz mit und ohne vorherige Entrindung im Refiner Herstellung von MDF unter Variation der Prozess- und Produktparameter Herstellung von MDF aus acetylierten Fasern der oben genannten Rohholzsortimente Überprüfung der mechanisch-hygrischen Produkteigenschaften sowie deren Dauerhaftigkeit Recycling der erzeugten Produkte (Faserrückgewinnung) Herstellung von MDF aus recyceltem Material mit erneuter Überprüfung der Produkteigenschaften

25 IO-K3: Ergebnisse (Ref.: DIN-EN / HB.LA) E-M odul / Bi egefesti gkeit in Abhängigkei t von M aterialtyp & Aufschlussparam eter Querzugfestigkei t / Biegefesti gkeit in Abhängig kei t von M ateri altyp & Aufschlussparam eter , ,0 50 E- M odul (N/m m ²) Biegefestigkeit (N /mm 2 ) Querzugfestigkeit (N /m m 2 ) 1,6 1,2 0, Biegefestigkeit (N/m m 2 ) , ,0 0 3b ar/5min. 5b ar/5min. 8b ar/5min. 3b ar/5min. 5b ar/5min. 8b ar/5min. 3bar/5min. 5bar/5min. 8bar/5min. 3bar/5min. 5bar/5min. 8bar/5min. Bu che alt Buche ju ng Buch e alt Buche ju ng E-Mo dul Biegefestigkeit EN 310 Querzu gfestigkeit EN 319 Biegefestig keit EN 310

26 IO-K3: Ergebnisse (Ref: DIN-EN / HB.LA) 50 Dickenquellung nach 2h und 24h in Abhängi gkeit von M at erialtyp & Aufschlussparam eter 100 Wasseraufnahme nach 2h und 24h in Abhängigkei t von M at erialtyp & Aufschlussparam eter Dicken quellung (%) Wasseraufnahme (%) bar/5min. 5bar/5min. 8bar/5min. 3bar/5min. 5bar/5min. 8bar/5min. 3bar/5min. 5bar/5min. 8bar/5min. 3bar/5min. 5bar/5min. 8bar/5min. Buche alt Buche jung Buche alt Buche jung 24h 2h 24h 2h

27 FNR-Projekt Eschen-ScrimberWood

28 ScrimberWood: Erste Ergebnisse

29 ScrimberWood: Erste Ergebnisse

30 ScrimberWood: Erste Ergebnisse

31 ScrimberWood: Erste Ergebnisse Aufgefädertes Eschenholz

32 ScrimberWood: Walzenentwicklung 32

ScrimberWood: Erste Ergebnisse Eschenholzscrimber Aus Kleinprüfkörper abgeschätzte Eigenschaften Klebstoff: Phenolformaldehyd Rohdichte: 900

33 ScrimberWood: Erste Ergebnisse Eschenholzscrimber Aus Kleinprüfkörper abgeschätzte Eigenschaften Klebstoff: Phenolformaldehyd Rohdichte: 900 kg/m³ bis 1000 kg/m³ Biegefestigkeit: 70 N/mm² bis 130 N/mm² Biege-E-Modul: 11 kn/mm² bis 15 kn/mm² Querzugfestigkeit: 0,8 N/mm² bis 1,8 N/mm² 33

34 NHN-Buchentagung, 11. November 2011 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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