Chemische Bestandteile

Die verholzte Zellwand der Laub- und Nadelhölzer enthält die Gerüstsubstanzen Zellulose, Hemicellulosen und Lignin sowie in geringem Umfang sogenannte Extraktstoffe. Zellulose und Hemicellulose werden oft unter dem Begriff Holozellulose zusammengefasst. Mikrofibrillen stellen das wesentliche Strukturelement der Zellwand dar.

Die Anteile des Lignins und der Hemicellulose sind bei Nadel- und Laubhölzern unterschiedlich. Die elementaren Massenanteile von trockenem Holz sind etwa 50 % Kohlenstoff, 43 % Sauerstoff, 6 % Wasserstoff und 1 % Stickstoff und andere Elemente.

Nadelholz

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

• Tracheiden: Langgestreckte (prosenchymatische), an den Enden spitz zulaufende Zellen, die nur mit Luft oder Wasser gefüllt sind. Sie vereinigen Leitungs- und Festigungsfunktion und haben einen Anteil von 90 bis 100 Prozent der Holzsubstanz. Über sogenannte Tüpfel bzw. Hoftüpfel erfolgt der Wasseraustausch zwischen den Zellen. In den Holzstrahlen sorgen sie als Quertracheiden für den Wasser- und Nährstofftransport in radialer Richtung. Sie haben einen Anteil von 4 bis 12 Prozent an der gesamten Holzsubstanz.
• Parenchymzellen: Im Längsschnitt meist rechteckige Zellen, die die Leitung von Nähr- und Wuchsstoffen sowie die Speicherung von Stärke und Fetten übernehmen. In radialer Richtung bilden sie als Holzstrahlparenchym den Großteil des Holzstrahlgewebes. Die die Harzkanäle umgebenden Parenchymzellen fungieren als Epithelzellen und produzieren das Harz, das sie in den Harzkanal ausscheiden.

• Nadel- und Laubbaumholz
• Fichtenholz
• Kiefernholz
• Kirschbaumholz
• Palisanderholz

Laubholz

Das entwicklungsgeschichtlich jüngere Laubholzgewebe ist wesentlich differenzierter als das des Nadelholzes. Man kann es 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: Libriformfasern, Fasertracheiden
• Speichergewebe: Holzstrahlenparenchymzellen, Längsparenchymzellen, Epithelzellen

Charakteristisch für Laubhölzer sind die in Nadelhölzern nicht vorhandenen Gefäße. Sie sind oft mit bloßem Auge als kleine Poren im Holzquerschnitt und als Rillen im Tangentialschnitt zu erkennen. Nach der Anordnung dieser Tracheen unterscheidet man:

• ringporige Hölzer (z. B. Eiche, Edelkastanie, Esche, Robinie, Ulme). Diese Arten bilden im Frühholz weitlumige Gefäße, im Spätholz hingegen vorwiegend englumige Tracheiden und Holzfasern.
• halbringporige Hölzer (z. B. Nussbaum, Kirsche, Faulbaum)
• zerstreutporige Hölzer (z. B. Birken, Erle, Linde, Pappel, Rotbuche, Weide). Diese Arten bilden während der ganzen Vegetationsperiode Gefäße mit ungefähr gleichem Lumen.

Die Zuwachszonen (Jahresringmuster) sowie die artspezifische Anordnung von Poren- und Parenchymsträngen ergeben die charakteristische Maserung der Holzarten.

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 zahlreichen Laubhölzern durch eine Verthyllung der Zelllumen in einem Alter von ca. 20–40 Jahren. Danach werden phenolische 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, Kiefer, 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. Fichte, Tanne, Linde, Birnbaum). Reifholz ist echtes Kernholz.

Zahlreiche Bäume neigen demgegenüber zu einer fakultativen Verkernung (z. B. Esche, Buche, Kirsche). Der Kern ist zwar farblich abgesetzt, man spricht aber von einem Falschkern, da die Kernbildung nicht endogen und regelmäßig stattfindet, sondern durch exogene Einflüsse (meist Verletzungen) ausgelöst wird. Der Falschkern hat keine erhöhte Dauerhaftigkeit. Als Splintholz bezeichnet man den Bereich des Stammes, der aktiv am Wasser- und Nährstofftransport und der Speicherung teilnimmt.

Hygroskopische Eigenschaften

Die hygroskopische Eigenschaft von Holz – d. h. seine Neigung, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen oder abzugeben – bewirkt seine vergleichsweise geringe Dimensionsstabilität bei wechselnder Umgebungsfeuchte. Die Holzfeuchtigkeit gleicht sich dem Umgebungsklima an. Feuchtigkeitsänderungen unterhalb des Fasersättigungsbereiches (je nach Holzart 25–35 % Holzfeuchte) gehen mit Dimensionsänderungen einher (Quellung und Schwindung). Einige Holzarten wie z. B. Teak haben aufgrund der Einlagerung hydrophober Substanzen ein geringes Schwindmaß. Ein technisches Verfahren zur Verminderung der Hygroskopizität ist die Holzmodifikation.

Verschiedenste Holzschutzverfahren werden angewandt, um den Feuchtigkeitseintrag ins Holz zu verringern, wodurch sich die Anfälligkeit für Holzschädlinge verringert und die Lebensdauer von Holzbauteilen erhöht. Bei sogenannten maßhaltigen Bauteilen wie Fenstern und Türen wird die Aufnahme von Feuchtigkeit durch die Imprägnierung mit Leinöl oder den Auftrag von deckenden Fensterlacken oder Dickschichtlasuren stark reduziert.

Anisotropie

Nahezu alle Holzeigenschaften unterscheiden sich in den drei anatomischen Grundrichtungen des Holzes (axial, radial, tangential). Das bewirkt z. B. ein ungleichmäßiges Schwinden des Holzes während der Trocknung. Bei den mitteleuropäischen Nutzholzarten beträgt das maximale Schwindmaß im Mittel axial 0,3 %, radial 5 % und tangential 10 %. Holz schwindet beim Trocknen also tangential (parallel zu den Jahrringen) etwa doppelt so stark wie radial (parallel zu den Holzstrahlen), so dass insbesondere bei großdimensionierten Hölzern leicht radiale Risse (Schwindrisse) entstehen. Der Quellungs-/Schwindungskoeffizient gibt die Maßänderung pro Prozent Holzfeuchteänderung an (Schwindmaß).

Dichte und elastomechanische Eigenschaften

Die sogenannte Rohdichte des Holzes schwankt mit der Holzfeuchte. Bei einer Holzfeuchte von 12 % (Normalfeuchte in beheizten Innenräumen) umfasst die Rohdichte in Abhängigkeit von der Holzart einen Bereich zwischen 200 kg/m³ und 1200 kg/m³. Frisches Holz weist wesentlich höhere Werte auf. So liegt das Landungsgewicht von frischem Eichenholz um 1000 kg/m³, im getrockneten Zustand (12 % Holzfeuchte) bei 670 kg/m³. Die Rohdichte gilt als Schlüsselvariable für die meisten technischen Holzeigenschaften, mit denen sie korreliert ist. Dichtemessungen werden daher häufig zur Prüfung der Holzgüte eingesetzt (Beispiel: Resistograph). Im Gegensatz zur Rohdichte ist die Reindichte der darrtrockenen, hölzernen Zellwand weitgehend unabhängig von der Holzart und beträgt 1500 kg/m³.

Holz ist ein viskoelastischer Werkstoff, und seine elastomechanischen Eigenschaften unterliegen daher dem Zeiteinfluss. Es müssen also sowohl die Belastungsdauer als auch die Art der Krafteinwirkung (statisch oder dynamisch) berücksichtigt werden. Neben der Dichte und der Belastungsrichtung beeinflussen die Struktur des Holzes, seine Vorgeschichte und die Holzfeuchte die elastomechanischen Eigenschaften. Es ist ferner zu beachten, dass Dichte und elastomechanische Eigenschaften einzelner Holzarten einer natürlichen Varianz von 10–22 % unterliegen können.

Von allen Festigkeiten des Holzes hat seine Zugfestigkeit die höchsten Werte, während die Druckfestigkeit des Holzes etwa 50 % und die Scherfestigkeit (Schubfestigkeit) nur etwa 10 % der Zugfestigkeitswerte erreichen. Die Zugfestigkeit von herkömmlichem Baustahl (370 N/mm²; 7800 kg/m³) ist zwar fünf- bis sechsmal so hoch wie die Zugfestigkeit von Bauholz (~80 N/mm²; 450 kg/m³), letzteres ist aber etwa 16-mal so leicht; der hier genannte Festigkeitswert bezieht sich auf die Belastung längs zur Faser. Holz zeichnet sich daher durch sein günstiges Verhältnis von Festigkeit und Gewicht aus.

Akustische Eigenschaften

Die Schallgeschwindigkeit erreicht in Holz faserparallel Werte von 4000 bis 6000 m/s, quer zur Faser nur 400 bis 2000 m/s. Einflussparameter auf die Schallgeschwindigkeit sind Dichte, Elastizität, Faserlänge, Faserwinkel, Holzfeuchte, Holzfehler (Äste, Risse). Wegen seiner guten akustischen Eigenschaften wird Holz im Musikinstrumentenbau eingesetzt. Es ist aber auch als Material für Schalldämmungen geeignet. Spanplatten mit einer Flächendichte von 15 bis 20 kg/m² erreichen eine Schalldämmung von 24 bis 26 dB.

Schalllaufzeitmessungen werden zur Prüfung des dynamischen E-Moduls bei der Gütekontrolle von Schnitthölzern und zur Diagnose des Zustands von Bäumen (Schalltomographie) eingesetzt.

Thermische Eigenschaften

Holz ist aufgrund seiner Porosität ein schlechter Wärmeleiter und eignet sich daher bedingt als Wärmedämmung. Fichtenholz hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,13 W/(m·K), zum Vergleich Stahlbeton: 2,00 W/(m·K). Bei Spanplatten liegt sie mit etwa 0,10 W/(m·K) noch niedriger. Dämmplatten aus Holzweichfaser erreichen 0,04 W/(m·K). Die Wärmeleitfähigkeit steigt mit der Holzfeuchte und der Rohdichte des Materials.

Die spezifische Wärmekapazität, d. h. die Wärmemenge, die nötig ist, um 1 kg eines Materials um 1 Kelvin zu erwärmen, ist bei Holz mit 0,472 Wh/(kg·K) fast doppelt so hoch wie bei Beton mit 0,244 Wh/(kg·K). Die Wärmedehnung kann bei Holz in der Praxis vernachlässigt werden, da sie durch das Schwindverhalten infolge Trocknung überkompensiert wird.

Die thermische Zersetzung von Holz setzt bei Temperaturen über 105 °C ein, wird ab 200 °C stark beschleunigt und erreicht ihren Höhepunkt bei 275 °C. Ein thermischer Holzabbau kann aber bei längerer Exposition schon bei Temperaturen unter 100 °C stattfinden. Der Flammpunkt des Holzes liegt zwischen 200 und 275 °C. Bei Abwesenheit von Sauerstoff kommt es zur Pyrolyse. Mitteleuropäische Nutzhölzer haben bei einem üblichen Wassergehalt von 20 % einen Heizwert zwischen 3,9 und 4,0 kWh/kg.

Optische Eigenschaften

Farbe und Struktur des Holzes werden als ästhetisch ansprechend empfunden. Starke Astigkeit und unregelmäßige Verfärbungen gelten aber als Holzfehler. Infolge der Wirkung des ultravioletten Lichts dunkelt Holz nach. Über einen langen Zeitraum schädigt Ultraviolettstrahlung das Holz oberflächlich. Dabei wird vor allem das Lignin denaturiert und abgebaut und im Falle direkter Bewitterung nachfolgend vom Regenwasser ausgewaschen. Die Oberfläche wirkt dann schmutzig grau. Unterbleibt die Einwirkung von Regenwasser, erhält das Holz infolge der UV-Wirkung eine silbrig-weiße Farbe. Die Wirkung des Sonnenlichts ist auf die Oberfläche begrenzt. Ihr kann durch pigmenthaltige Lasuren bzw. Lackierung begegnet werden.

Biologische Eigenschaften

Holz ist biologisch abbaubar, ist dadurch aber auch anfällig gegenüber biotischen Schädlingen. Es kann also z. B. von Insekten, Pilzen oder Bakterien angegriffen und in seiner Substanz nachhaltig zerstört werden. Pilze können ab einer Holzfeuchte von etwa 20 % Holz angreifen. Bläuepilze (Ascomyceten, Fungi imperfecti) bewirken nur eine oberflächliche Verfärbung, während holzabbauende Ständerpilze Weißfäule bis Braunfäule verursachen. Moderfäule und Abbau durch Bakterien ist nur bei hoher Feuchtigkeit, vor allem im Erdkontakt möglich. Die Larven holzzerstörender Insekten wie Hausbock und Nagekäfer können noch bei geringerem Feuchtegehalt das Holz angreifen. Widerstandsfähigere Kernhölzer werden nur sehr langsam biotisch abgebaut. Ihre Resistenz wird nach Resistenzklassen 1–5 entsprechend DIN EN 350-2 eingeteilt.

Der biotische Holzabbau lässt sich weitgehend durch konstruktiven Holzschutz vermeiden oder vermindern. Dabei stehen die Verhinderung der Befeuchtung sowie ggf. der Einsatz geeigneter resistenter Kernhölzer im Vordergrund. Bei direkt bewitterten Hölzern im Außenbau wie freistehenden Holzkonstruktionen und Masten ist ein fachgerechter chemischer Holzschutz angeraten und für tragende Konstruktionen nach DIN 68 800 vorgeschrieben. Eine neue Möglichkeit, Holz gegen feuchtebedingte Dimensionsänderungen und Fäule unempfindlicher zu machen, ist die Holzmodifikation als Thermoholz oder acetyliertes Holz.

Zu den biologischen Holzeigenschaften gehört auch die Durchlässigkeit des Holzes, die durch dessen anatomische Struktur bedingt ist. Tüpfelverschluss und Verthyllung vermindern die Durchlässigkeit und damit die Tränkbarkeit des Holzes.

Historische Nutzung

Holz wurde seit der Altsteinzeit zur Energiegewinnung (Feuer), für Waffen und Wurfgegenstände, als Material für Werkzeuge und einfache Geräte und seit der Jungsteinzeit zunehmend auch als Baumaterial intensiv genutzt.

Schon im Verlauf der Hominisation hatte die Fertigkeit im Umgang mit Geräten zugenommen (was aber wegen der Überlieferungschance nur an Steingerät nachgewiesen werden kann), während andere Primaten nicht über einfachste Formen der Verwendung von Holz etwa zum Nestbau und zum Stochern hinauskamen (siehe Werkzeuggebrauch bei Tieren).

Industrieholz

Holz ist der wichtigste Grundstoff in der Zellstoff- und Holzwerkstoffindustrie. Der Rohstoff wird dabei entweder nur mechanisch zerkleinert oder zusätzlich chemisch aufgeschlossen. Vorprodukte sind Hackschnitzel (zerkleinertes Holz), Späne, Holzfasern oder auch Furniere (Holzblätter). Grundsätzlich wird nur entrindetes Holz verarbeitet. Für die Herstellung von Holzwerkstoffen werden beleimte Späne oder Holzfasern verpresst. Sperrholz hingegen besteht aus kreuzweise verleimten Furnieren, die meist aus gedämpften Blöcken geschält wurden.

Für die Zellstoffherstellung muss das Lignin weitestgehend aus dem Fasergrundstoff entfernt werden. Gängige Aufschlussverfahren sind das Sulfatverfahren und das Sulfitverfahren. Das Restlignin wird durch Bleichen des Zellstoffs beseitigt. Bei der Herstellung von Holzstoff oder Holzschliff als Grundstoff für Pappen und minderwertige Papiere verbleibt das Lignin in der Fasermasse. Papier aus Zellstoff erhielt früher die Bezeichnung holzfrei. Aus Zellstoff und Holzstoff werden u. a. Papier, Pappe und Zelluloseprodukte wie Zelluloid und Viskosefasern hergestellt.

Holz als Rohstoff zur Herstellung von Textilien

Für die Herstellung von Textilien „aus Holz“ wird Chemiezellstoff verwendet (siehe auch Sulfitverfahren) und zu Garnen und Stoffen aus Viskose, Cupro, Celluloseacetat oder anderen auf Zellstoff basierenden Chemiefasern weiterverarbeitet.

Recycling und energetische Nutzung

Holz kann in reiner Form problemlos durch Kompostierung oder durch Verbrennung bei gleichzeitiger Energiegewinnung entsorgt werden. Brennholz kann als nachwachsender Rohstoff eine gute Ökobilanz aufweisen, allerdings nur wenn es nachhaltig angebaut und gewonnen wird. Alt- und Abfallholz wird zunehmend als Brennmaterial in Biomassekraftwerken zur regenerativen und CO₂-neutralen Energiegewinnung genutzt. Holz findet außerdem 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 gleichwertig. 2006 wurden in Deutschland damit etwa 2 Prozent der Primärenergieversorgung gedeckt. Mit bis zu 17 Milliarden Euro pro Jahr fördert die EU den Einsatz von Biomasse, 60 Prozent davon ist Holz. Die Feinstaub-Emissionen aller Holzkleinfeuerungsanlagen übersteigen in Deutschland mit 18.450 Tonnen die Auspuffemissionen des Straßenverkehrs von ca. 7.000 t.

Seit März 2010 werden besonders emissionsarme Holzvergaserkessel staatlich im Rahmen des MAP (Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien) subventioniert.

Eine weitere Recycling-Methode ist die Hochtemperatur-Verschwelung. Mittels dieses Verfahrens können aus Holz und anderen organischen Stoffen 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 könnte. Holz hat den Recycling-Code-50 (FOR).

Weitere stoffliche Anwendungen:

• Räucherholz (Rauchherstellung durch Verschwelung) zur Lebensmittelkonservierung
• Rohstoff für chemische Erzeugnisse wie Teer, Holzkohle
• Ausgangsmaterial für die Herstellung von Holzbranntwein
• Energetische Nutzung durch Kompostierung, siehe Biomeiler

Holz als Baustoff

Holz findet im Bauwesen als Bauholz Verwendung und kann dort z. B. als Vollholz, Brettschichtholz oder in Form von Holzwerkstoffen eingesetzt werden. Es wird sowohl für konstruktive, isolierende als auch für Verkleidungen eingesetzt. Auf tragenden Holzkonstruktionen basiert der Holzrahmenbau, der Holzskelettbau sowie der traditionelle Fachwerkbau. Der Einsatz von Brettschichtholz und Holzwerkstoffen erlaubt dem modernen Ingenieurholzbau ungewöhnliche Holzkonstruktionen, wie z. B. das EXPO-Dach in Hannover und die 190 m lange Holzbrücke bei Essing über den Main-Donau-Kanal. Die zunehmende Verwendung von Brettschichtholz (Leimholzträger) in Hallenkonstruktionen ist durch Unglücksfälle in die Diskussion geraten. Die Schäden beruhten auf Konstruktionsfehlern und mangelnder Kontrolle. Die normgerechten Tragfähigkeitsreserven von Holzkonstruktionen sind derart hoch, dass bei regelmäßiger Inspektion keine Risiken bestehen.

Holz als tragendes Material wird zumeist für kleinere Gebäude oder obere Etagen und Dachbauten anderer Gebäude eingesetzt. Das höchste Holzgebäude Deutschlands steht in Magdeburg. Es handelt sich um den Jahrtausendturm (eröffnet 1999 im Rahmen der Bundesgartenschau auf dem Gelände des Elbauenparks). Das höchste europäische wirtschaftlich genutzte Haus mit fünf Stockwerken steht in Espoo in Finnland. Der Bau wurde hauptsächlich von dem finnischen Unternehmen Finnforest geleitet und im Jahre 2005 abgeschlossen.

2013 wurde der Aussichtsturm Pyramidenkogel mit 70 m hoher Plattform in Kärnten aus geschwungenen Leimholzpfählen – ausgesteift und verspannt mit Stahlelementen – errichtet.

Im Betonbau werden wesentliche Teile von Schalungen, nämlich die Standardelemente Schalungsträger, Schaltafeln (aus beschichtetem Dreischicht-Holz) und Schalelemente (aus wasserfestem Sperrholz in Metallrahmen) aus Holz hergestellt. Formen für Säulen aus abwickelbarem Karton basieren auf Zellulosefasern aus Holz. Ein Teil der Holzschalung geht als Brennholz verloren, viele Elemente werden – eventuell nach Entnagelung weiterverwendet.

Holz geringer Dichte kann in roher oder verarbeiteter Form zur thermischen Isolation (Dämmstoffe) eingesetzt werden (z. B. Faserdämmplatten, Balsa zur Isolation von Flüssiggastanks). Holzfaserplatten höherer Dichte haben gute akustische Dämmeigenschaften. Spanplatten (Flachpressplatte, OSB) werden ebenso wie Sperrholzplatten für Schalungen und für Wandelemente im Holzrahmenbau eingesetzt.

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 Senders Gleiwitz wurden alle diese Bauwerke entweder am Ende des Zweiten 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.

Weitere Anwendungen: Holz wird als Schalungsholz in Baugruben sowie für Masten und Holz-Bahnschwellen zur Körperschalldämpfung auf Brücken und über Tunnelbauten eingesetzt. Früher wurde Nadelholz im Bergbau als Stempel zum Abstützen der Stollen verwendet, da es vor dem Brechen knackende Geräusche abgibt (Warnfähigkeit des Holzes). Holz wird auch zur Herstellung von Behältern und Silos zur Aufbewahrung aggressiver Salze verwendet.

Die Brennbarkeit von Holz ist zunächst ein Nachteil beim Einsatz als Bau- und Konstruktionswerkstoff. Zu beachten ist jedoch, dass Holz im Brandschutz auch Vorteile gegenüber Stahlkonstruktionen haben kann. Dies gilt im Speziellen, wenn andere brennbare Stoffe hinzukommen. Holz wird bei großen Querschnitten als brandhemmend eingestuft, da auf seiner Oberfläche unter Feuereinwirkung eine hitzeisolierende Kohleschicht entsteht, die das innere Holz schützt. Durch Bauweise und durch brandhemmende Anstriche lässt sich die Widerstandsdauer einer Holzkonstruktion steigern. Die Gebäudestabilität sinkt im Brandfall nur langsam und abschätzbar, wohingegen Stahlkonstruktionen aufgrund des temperaturbedingten Festigkeitsverlustes zum plötzlichen, unkontrollierten Zusammenbruch neigen.

Holz als Konstruktionswerkstoff

Gewachsenes Holz ist ein natürlicher dreidimensionaler Faserverbundwerkstoff mit vergleichsweise geringer Dichte, aber hoher Steifigkeit und Festigkeit. Die Leichtbaueigenschaften sind näherungsweise vergleichbar mit denen von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Gewachsenes Holz ist meistens gegen Materialermüdung sehr widerstandsfähig, lässt sich gut bearbeiten und hat vorteilhafte ästhetische sowie ergonomische Eigenschaften. Je nach Holz- und Holzwerkstoff sind Kostenvorteile gegenüber anderen Konstruktionswerkstoffen vorhanden. Holz- und Holzwerkstoffe dämpfen gut mechanische Schwingungen, vergleichbar mit Kunststoffen. Problematisch bei der konstruktiven Verwendung sind oftmals die Richtungsabhängigkeit der Werkstoffeigenschaften (Anisotropie) und die Interaktion mit Wasser. Das Quellen und Schwinden hat Einfluss auf die Dimensionsstabilität und wird umgangssprachlich oft als Arbeiten des Holzes bezeichnet.

Holz wird in Vollholz (Massivholz) und Holzwerkstoffe eingeteilt. Für die Holzwerkstoffe existieren unterschiedliche Einteilungen. Häufig wird in:

• Vollholzwerkstoffe (z. B. Brettschichtholz),
• Furnierwerkstoffe (z. B. Sperrholz),
• Spanwerkstoffe (z. B. Oriented Strand Board),
• Faserwerkstoffe (z. B. Faserplatte),
• Verbundwerkstoffe (z. B. Wood-Plastic-Composite),

unterschieden. Holzwerkstoffe bestehen immer aus einzelnen Holzelementen (z. B. Holzfasern, Furnieren) und Bindemittel. Weiterhin kann eine Einteilung nach:

• Halbwaren in Form von Vollholz wie Bretter, Leisten, Stäbe, Platten und Furniere,
• Halbwaren in Form von Holzwerkstoffen, wie beispielsweise Spanplatten, Holzfaserplatten verschiedener Dichte oder Sperrholz
• Blöcken zum Drechseln und Schnitzen,
• Leimbindern als Tragwerkselemente, Schalungsträger und Schichtplatten für Betonschalung,
• Klangholz für Musikinstrumente

erfolgen. Je nach Holzelement und verwendetem Bindemittel werden die Eigenschaften von Holzwerkstoffen im Vergleich zu gewachsenem Holz verändert. Es ist deshalb sehr wichtig, für einen Konstruktionswerkstoff eine jeweils sinnvolle Auswahl des Holzwerkstoffs zu treffen. Anwendungsfelder von Holz- und Holzwerkstoffen sind:

• Musikinstrumente,
• Tischlereiprodukte, wie Möbel, Fenster, Türen und Treppen,
• Sportgeräte,
• Werkzeugriffe und -stiele,
• das Bauwesen (Holzbau bzw. Ingenieurholzbau, z. B. für Holzhäuser und Pfahlbauten)
• der Maschinenbau z. B. in der Intralogistik einem Teilgebiet der Fördertechnik bei Skidfördersystemen
• der Bootsbau
• der Wagen-, Wagonbau und auch Zweiradbau (Bekamo, Bambus-Fahrräder)
• Paletten und Kisten im Transport- und Lagerwesen, Spanschachteln als Verpackung
• früher leiternbasierter Gerüstbau, gebohrte Wasserleitungsrohre, Wasserbau für Mühlen, Mühlräder, landwirtschaftliche Geräte und Maschinen, Räder für Transmissionsriemen, Haushaltsgeräte, Rückentrage

Gegenwärtig werden auch neue Anwendungsgebiete wie Raumfahrt und Satellitentechnik erschlossen. Trotz bekannter Nachteile sollen damit Probleme wie Weltraumschrott durch rückstandsloses Verglühen nach Nutzungsende eingeschränkt und neue Varianten der Systemintegration ermöglicht werden.

Holz als Ausstattungsmaterial

Die ästhetischen Holzeigenschaften stehen bei der Verwendung von Holz als Parkett sowie für Decken- und Wandvertäfelungen im Vordergrund. Hier kommen zum Teil tropische Edelhölzer oder sogenannte Buntlaubhölzer (z. B. Kirschbaum, Elsbeere), die vorwiegend als Furnier verarbeitet werden, zum Einsatz. Auch im Möbelbau wird heutzutage hauptsächlich gemessertes Deckfurnier verwendet. Holzfußböden müssen abriebfest sein. In stark beanspruchten Bereichen werden Harthölzer verarbeitet.

Auch psychophysiologische Wirkungen sind bekannt: bei einer Vergleichsstudie des Joanneum-Instituts an einer österreichischen Schule ergab sich ein deutlicher stressreduzierender, u. a. die Herzfrequenz senkender Effekt auf diejenigen Schüler, die in holzverkleideten Klassenzimmern unterrichtet wurden. Ebenso sank die von den Lehrern empfundene soziale Beanspruchung durch die Schüler.

Oberflächenbehandlung

Neben der guten Verarbeitbarkeit zeichnet sich Holz insbesondere durch seine ästhetische und atmosphärische Wirkung aus. Eine große Anzahl von Verfahren wurde entwickelt, um Holzoberflächen an optische und funktionale Anforderungen anzupassen.

Neben dem Glätten von Holzoberflächen wurde Holz seit Jahrtausenden durch Verfahren wie dem oberflächlichen Verkohlen widerstandsfähig gegen Fäulnis gemacht und durch das Einfetten oder Ölen imprägniert.

Geschichte

Holz ist einer der ältesten und wichtigsten Roh- und Werkstoffe der Menschheit. Im frühen Mittelalter war es der wichtigste Werk- und Brennstoff. Das Recht, im nächsten Wald Holz zu schlagen, wurde Holzschlag genannt und in manchen Rechtsgeschäften ausdrücklich erwähnt, weil es nicht jedem zustand und eigens verliehen werden musste. Die damals im Bodenseeraum häufigen Eichen- und Buchenwälder waren eine gute Mastgrundlage für Schweine, die die wichtigsten Fleischlieferanten darstellten.

Gegenwart

Nach wie vor übersteigt die jährliche Holzproduktion die Mengen an Stahl, Aluminium und Beton. Die Gesamtmenge der weltweit in den Wäldern akkumulierten Holzmasse wurde von der FAO für das Jahr 2005 auf etwa 422 Gigatonnen geschätzt. Jährlich werden derzeit 3,2 Milliarden m³ Rohholz eingeschlagen, davon fast die Hälfte in den Ländern der Tropen. Das Rundholzaufkommen (2011) belief sich lauf FAO auf 1,578 Mrd. m³. Die höchste jährliche Einschlagsintensität findet sich allerdings mit 2,3 m³/ha in Westeuropa. Fast die Hälfte des globalen Holzaufkommens wird als Brennholz verwendet, was vor allem auf die Länder der tropischen Zone zurückgeht. Hier ist die Energiegewinnung noch immer die wichtigste Holznutzungsart – der Brennholzanteil in Westeuropa beträgt demgegenüber nur knapp ein Fünftel des Einschlags.

Im Jahre 2000 wurden lediglich 2 % des weltweit eingeschlagenen Holzes als Rohholz exportiert; der Verbrauch bzw. die Verarbeitung zu Halbwaren (Schnittholz, Holzwerkstoffe, Faserstoffe für Papier sowie Papier und Pappe) erfolgt also fast ausschließlich in den Herkunftsländern. Die größten Verbraucher an weltweit produzierten Holzhalbwaren sind mit 73–87 % die Länder der temperierten Zone. Auf der Produzentenseite hatte 1998 hier die Schnittholzproduktion nur einen Anteil von 35 % an der Gesamtproduktion, jeweils 16 % entfielen auf Holzwerkstoffe sowie auf Faserstoffe für Papier und 32 % auf Papier und Pappe.

China entwickelte sich zum größten Holzimporteur weltweit. Holz wird vor allem für Bau und Möbelproduktion verwendet. Viel der Möbelproduktion Chinas geht ins Ausland.